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Analyse von Bioziden/Pestiziden in Humanproben GerES V/VI Teil Organophosphate

Ziel des Vorhabens ist es, die in GerES VI gewonnenen Morgenurinproben der Erwachsenen bzw. die vorhandenen Rückstellproben der Kinder und Jugendlichen aus GerES V auf Schadstoffe zu analysieren, die eine besondere Gesundheitsrelevanz aufweisen, wie bspw. die Gruppe der Biozide/Pestizide. In GerES IV (ehemals Kinder-Umwelt-Survey, KUS) wurden letztmalig Morgenurine von 3- bis 14-Jährigen auf Organophosphate und Pyrethroide untersucht. Jedoch gibt es für zahlreiche Pestizide keine aktuellen, repräsentativen Daten zur korporalen Belastung der Bevölkerung in Deutschland. Daher wird momentan die mögliche Belastung über Berechnungen basierend auf dem Lebensmittelverzehr und Belastungsdaten der verzehrten Lebensmittel geschätzt. Um diese Datenlücke zu schließen, wurden Biozide/Pestizide als priorisierte Substanzgruppe im Rahmen des Projekts HBM4EU erkannt. Zur Festlegung des Analytspektrums wurde im Rahmen von HBM4EU eine Auswertung zu deutschen und europäischen Anwendungsdaten der Pestizide/Biozide und eine Auswertung der in Europa vorhandenen Expositionsdaten durchgeführt. Zusammen mit den Ergebnissen der Befragung der teilnehmenden Personen liefern die Analysen der Morgenurine repräsentative Informationen zur Belastung der in Deutschland lebenden Bevölkerung.

Analyse von Bioziden/Pestiziden in Humanproben GerES V/VI Teil Pyrethroide, Glyphosat und AMPA

Ziel des Vorhabens ist es, die in GerES VI gewonnenen Morgenurinproben der Erwachsenen bzw. die vorhandenen Rückstellproben der Kinder und Jugendlichen aus GerES V auf Schadstoffe zu analysieren, die eine besondere Gesundheitsrelevanz aufweisen, wie bspw. die Gruppe der Biozide/Pestizide. In GerES IV (ehemals Kinder-Umwelt-Survey, KUS) wurden letztmalig Morgenurine von 3- bis 14-Jährigen auf Organophosphate und Pyrethroide untersucht. Jedoch gibt es für zahlreiche Pestizide keine aktuellen, repräsentativen Daten zur korporalen Belastung der Bevölkerung in Deutschland. Daher wird momentan die mögliche Belastung über Berechnungen basierend auf dem Lebensmittelverzehr und Belastungsdaten der verzehrten Lebensmittel geschätzt. Um diese Datenlücke zu schließen, wurden Biozide/Pestizide als priorisierte Substanzgruppe im Rahmen des Projekts HBM4EU erkannt. Zur Festlegung des Analytspektrums wurde im Rahmen von HBM4EU eine Auswertung zu deutschen und europäischen Anwendungsdaten der Pestizide/Biozide und eine Auswertung der in Europa vorhandenen Expositionsdaten durchgeführt. Zusammen mit den Ergebnissen der Befragung der teilnehmenden Personen liefern die Analysen der Morgenurine repräsentative Informationen zur Belastung der in Deutschland lebenden Bevölkerung.

From laboratory to field - Research on insecticide resistance using the example of a chimeric cytochrome P450 monooxygenase

Development of insecticide resistance in insect pest species is one of the main threats of agriculture nowadays. The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is the noctuid species possessing by far the most reported cases of insecticide resistance worldwide, correlated with one of the widest geographical distributions of any agricultural pest species. This turns H. armigera into an adequate model to study resistance mechanisms in detail. The main mechanisms underlying insecticide resistance are target side insensitivity and metabolism, mainly due to carboxylesterases and cytochrome P450 monooxygenases. Just recently, the resistance mechanism of an Australian H. armigera strain toward the pyrethroid fenvalerate was ascribed to a single P450, CYP337B3. CYP337B3 is a naturally-occurring chimera between CYP337B2 and CYP337B1 evolved by an unequal crossing-over event. This enzyme had acquired new and exclusive substrate specificities resulting in the detoxification of fenvalerate. This is the first known case of recombination as an additional genetic mechanism, besides over-expression and point mutation, leading to insecticide resistance. Therefore, CYP337B1, CYP337B2, and CYP337B3 are ideal candidates for studying structure-function relationships in P450s. The project aims to characterize amino acids that are crucial for the activity of CYP337B3 toward detoxification of fenvalerate. Additionally, cross-resistance conferred by CYP337B3 enables the determination of common structural moieties of pyrethroids favoring detoxification by CYP337B3 and those leading to resistance breaking. Pyrethroids with identified resistance breaking moieties could be used to control even pyrethroid-resistant populations of H. armigera. Another advantage of this system is the conferment of insecticide resistance by CYP337B3 that is not restricted to Australia but seems to be a more common mechanism as recently revealed by the finding of the chimeric P450 in a cypermethrin-resistant Pakistani strain. To shed light on the contribution of CYP337B3 to pyrethroid resistance of H. armigera and even closely related species worldwide, field populations from different countries will be screened by PCR for the presence of CYP337B3 and its parental genes. If applicable, the allele frequency of CYP337B3 will be determined being a convenient method to conclude the resistance level of the tested populations. Finally, the project will result in advising farmers on the control of populations of H. armigera and related species possessing CYP337B3. This will even become more important due to the climate change allowing H. armigera to spread northward including central Europe, where H. armigera is not yet able to survive wintertime.

Schadstoffkonzentration in Fließgewässern (Datensatz)

Der Datensatz enthält die statistischen Kennzahlen (z.B. Mittelwert, Maximum) für bis zu 250 Messstellen in Fließ- und Übergangsgewässern (LAWA Messstellennetz - Link siehe INFO-LINKS) sowie Angaben zu den Messstellen. Die Daten sind Grundlage für die Anwendung (Dashboard) "Schadstoffkonzentration in Fließgewässern" (Link siehe INFO-LINKS) . Grundlage für die Auswertungen sind die rechtlich vorgegebenen Umweltqualitätsnormen (UQN) für Konzentrationen in Wasser, die in der Oberflächengewässerverordnung (Link siehe INFO-LINKS) festgeschrieben sind.

Schadstoffkonzentration in Fließgewässern (Applikation)

Die hier dargestellten Diagramme zeigen die Auswertungen für bis zu 250 Messstellen in Deutschlands Flüssen (LAWA Messstellennetz - Link siehe INFO-LINKS). Grundlage für die Auswertungen sind die Umweltqualitätsnormen (UQN) für Konzentrationen in Wasser (Oberflächengewässerverordnung - Link siehe INFO-LINKS). Die Datengrundlage steht in der Anwendung (Dashboard) als Download (EXCEL-Datei) zur Verfügung. Die Gesamtauswertung aller Messstellen pro Stoff ist zusätzlich in Karten dargestellt (Download).

Pyrethroide in Arzneimitteln, Bioziden und Pflanzenschutzmitteln - häufig genutzt, selten im Fokus

Pyrethroide sind eine Gruppe hochtoxischer Pestizide, die nicht nur als Insektizid in der Landwirtschaft, sondern auch zur Schädlingsbekämpfung im Haushalt oder als Arzneimittel gegen Parasiten eingesetzt werden. Aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften sind Pyrethroide in Umweltmedien jedoch nur mit großem technischem Aufwand nachweisbar. So kommt es, dass ihre analytischen Bestimmungsgrenzen in vielen Monitoringkampagnen über den relevanten Grenzwerten liegen und Risiken für die Umwelt nicht erkannt werden können.Das Umweltbundesamt ist zuständig für die Umweltrisikobewertung von Wirkstoffen und Produkten, die in Deutschland als Pestizide und Arzneimittel verfügbar sind. Pyrethroide fallen bei der Bewertung in den Zulassungsverfahren auf, weil sie schon in kleinsten Mengen hochgiftig für Insekten sind und so zum Beispiel die Ökosysteme an Land und in Gewässern schädigen können. Gleichzeitig werden durch Verbote anderer Wirkstoffe immer mehr pyrethroidhaltige Mittel eingesetzt, ohne dass deren Eintrag und Verteilung in der Umwelt in Deutschland routinemäßig untersucht wird. Messungen aus der Schweiz und den Niederlanden weisen jedoch darauf hin, dass Pyrethroide eine enorme Belastung für Bäche und Flüsse darstellen. Aus Sicht des Umweltbundesamtes ist es daher dringend erforderlich Pyrethroide in den Fokus der Umweltüberwachung zu rücken, um das Ausmaß ihres Vorkommens in der Umwelt und ihren Beitrag zur Biodiversitätskrise zu klären. Bislang fehlt eine belastbare und repräsentative Datenbasis, auf deren Grundlage Maßnahmen zur Verringerung des Eintrags abgeleitet und bewertet werden können. Dieser Vortrag wird einen Überblick über die Umweltrisikobewertung von Pyrethroiden, mögliche Eintragspfade in, sowie Risiken für die Umwelt geben. Die Herausforderungen, die diese Stoffgruppe mit sich bringt, werden aufgezeigt und aktuelle Projekte vorgestellt. Insbesondere neuere Aktivitäten zum Umweltmonitoring und die dabei erhaltenen Daten deuten darauf hin, dass Pyrethroide in Zulassung, Anwendung, Forschung und Monitoring deutlich mehr Aufmerksamkeit bekommen sollten. Quelle: Autorinnen*Autoren

Synthetic pyrethroids in European surface waters: sources, occurrence and need to reduce contamination

Hitzfeld, Kristina L; Aldrich, Annette; Barth, Sofia N; Buijs, Simon; Duffek, Anja; Duquesne, Sabine; Ganz, Vera; Hein, Arne; Hillebrand, Marcus; Holmes, Breanne E.; Koschorreck, Jan; Lahr, Joost; Meier, Christiane; von der Ohe, Peter C.; Schaffer, Mario; Smit, Els; Ziegler, Korinna; Weisner, Oliver Springer Nature Pyrethroids represent a class of highly potent insecticides characterised by their widespread use, extreme toxicity to non-target aquatic organisms, complex regulatory status, and the unique challenges they pose for environmental monitoring and risk assessment. With cypermethrin already listed as a priority substance under the Water Framework Directive (WFD), and four additional pyrethroids now designated as such, this review aims to raise awareness of key issues related to the regulation, use, and monitoring of pyrethroids in order to reduce the contamination of surface waters. For this purpose, we evaluated measured pyrethroid concentrations in surface waters from different selected monitoring programs in Europe, and derived suggestions for environmental quality standards (EQS) where these were unavailable. Our analysis shows that the current analytical methods are still largely inadequate, as in most European countries the limits of quantification (LOQ) are too high to reliably assess compliance with EQS for pyrethroids. Where concentrations could be quantified with a sufficiently low LOQ, exceedances of the respective EQS were frequently observed, thus supporting the proposed inclusion of bifenthrin, deltamethrin, esfenvalerate, and permethrin on the list of priority substances under the WFD. Moreover, our analysis reveals that monitoring limitations prevent evaluations whether other pyrethroids, such as cyfluthrin, λ-cyhalothrin, etofenprox, tefluthrin, and transfluthrin, pose similar threats to surface water quality. In order to meet WFD surface water quality goals while maintaining the availability of pyrethroid insecticides, urgent and coordinated action is needed by all stakeholders involved in their regulation, use and monitoring. We recommend the following key measures: (i) reducing the use of pyrethroids and emissions to surface waters, (ii) investing in improved routine analytical capability, and (iii) harmonising pyrethroid regulations as well as promptly integration of new knowledge. doi.org/10.1186/s12302-025-01249-9

Retrospective trend analysis of biocides in suspended particulate matter of major German rivers

Dierkes, Georg; Schmidt, Susanne; Meier, Christiane; Ziegler, Korinna; Koschorreck, Jan; Wick, Arne Environ Sciences Europe, online: 25. Januar 2025 Background Due to their intrinsic biological activity biocides can pose an unintended threat to various aquatic organisms. Monitoring data on the spatial distribution and temporal trends are needed to evaluate potential risks and the effectiveness of mitigation measures, but these are scarce for biocides in aquatic environments. In particular, even though many biocides tend to sorb to particles, there are only few studies investigating the contamination of suspended particulate matter (SPM). The aim of this study was to obtain an overview of the temporal trends of selected biocides in SPM using German rivers as an example. For this purpose, SPM from the German Environmental Specimen Bank was used for a retrospective trend assessment of a broad spectrum of biocides in integrated SPM samples (yearly composite) in six large German rivers between 2008 and 2021. Results Overall 16 of 23 analyzed biocides were found, whereof 10 substances were detected in all samples. Highest concentrations were found for quaternary ammonium compounds (QACs, the sum of four analyzed QACs were up to 8.7 µg/g) and methyl-triclosan (up to 280 ng/g), a transformation product of the bactericide triclosan. Considerably lower concentrations in the range of 0.08 to 88 ng/g and < 0.03 to 13 ng/g were detected for azoles and triazines, respectively. The pyrethroid permethrin, which is highly toxic to aquatic organisms (invertebrates: NOEC = 0.0047 µg/L; fish: NOEC = 0.41 µg/L) as well as to sediment-dwelling organisms (Chironomidae: LC50 = 2.1 mg/kg and NOEC 0.1 mg/kg), was detected at several sampling sites (up to 11.2 ng/g). Concentrations of the other analyzed pyrethroids were below the respective quantification or detection limits. In general, for most compounds, concentrations were higher for locations with higher wastewater proportion, but overall no clear differences in biocide concentration pattern between the different sampling locations were observed. For cybutryne and triclosan significant decreasing concentration trends were observed. This is consistent with regulatory use restrictions and confirms their effectiveness. For benthic organisms a toxicological risk from the individual azole fungicides and QACs seems to be low. Conclusions Explicit differences between sampling sites and temporary changes in local concentrations indicate regional variations of biocide emissions which hamper identification of long-term concentration trends. Moreover, time trends could be affected by remobilization of legacy contamination from contaminated sites. Hence, for biocides a continuous long-term monitoring is crucial to identify the effectiveness of recent restrictions and mitigation measures. doi.org/10.1186/s12302-025-01053-5 Overview of SPM sampling sites. The red dots represent the sampling sites for this study (Rehlingen/Saar 2008–2021, Koblenz/Rhine 2008–2021, Bimmen/Rhine 2008–2021, Zehren/Elbe 2013–2021, Jochenstein/Danube 2009–2021, Dessau/Mulde 2008–2021, Wettin/Saale 2008–2021). Catchment area in km2, population in million inhabitants (2017), averaged discharge (2008–2021) in m3/s.

Toxikologische Bewertung von HBM-relevanten Stoffen als Grundlage für die Ableitung von HBM-Werten

Human-Biomonitoring liefert wissenschaftlich fundierte Daten darüber, ob die Bevölkerung oder einzelne Gruppen aus der Bevölkerung mit ausgewählten Stoffen belastet sind und ggf. Verbote oder Beschränkungen dieser Stoffe erforderlich sind. Ebenfalls kann mittels Human-Biomonitoring überprüft werden, ob bereits ergriffene Minderungsmaßnahmen tatsächlich zu einem Rückgang der Belastung der Bevölkerung mit bestimmten Stoffen geführt haben. Welche Stoffe vorrangig gemessen und bewertet werden sollen, richtet sich nach Umfang und Höhe einer möglichen Belastung sowie der Gesundheitsrelevanz der Stoffe. Im Rahmen einer seit 2010 bestehenden Kooperation zwischen BMU und dem Verband der Chemischen Industrie (VCI) wurde vereinbart, dass in einem Zeitraum von 10 Jahren für bis zu fünfzig gemeinsam ausgewählte Stoffe oder Stoffgruppen geeignete selektive und sensitive Nachweismethoden in humanen Körperflüssigkeiten entwickelt und im Anschluss in entsprechenden Untersuchungen zur Anwendung gebracht werden. Um den Nachweis eines bestimmten Stoffes im Urin oder Blut dann aber auch toxikologisch einordnen zu können, ist die Festlegung von toxikologisch begründeten Beurteilungswerten erforderlich. Die HBM-Kommission leitet diese Beurteilungswerte auf der Grundlage von geeigneten Stoffdossiers ab. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung von Stoffdossiers für ausgewählte Insektizide (Pyrethroide) sowie Stoffe der Stoffgruppen 2016 bis 2018. Hierbei soll jeweils ein Vorschlag für toxikologisch begründete Beurteilungswerte einer inneren Belastung mit diesen Stoffen gemacht werden. Die endgültige Festlegung aller zu bearbeitenden Stoffe erfolgt in Abhängigkeit vom Stand der Methodenentwicklung sowie der Verfügbarkeit von Daten zur Toxikokinetik der jeweiligen Stoffe.

Retrospektive Screening-Untersuchung auf Biozide in Schwebstoffen an urbanen Standorten

Ziel des Projektes war es die wenigen bisher vorhandenen Daten bzgl. räumlicher und zeitlicher Trends der Biozid-Belastung von Schwebstoffen aus größeren deutschen Flüssen um weitere Standorte, Jahre und Substanzen zu erweitern. Dafür wurden sowohl ausgewählte Biozide quantitativ bestimmt, als auch weitere priorisierte Biozide durch den Einsatz einer Screeningmethode auf deren Vorkommen überprüft. Um ein möglichst detailliertes Bild über die Belastungssituation zu erhalten, wurden verschiedene urban geprägte Standorte retrospektiv über einen Zeitraum der vergangenen letzten 7-8 Jahre untersucht. Insgesamt wurden 16 der 23 untersuchten bioziden Wirkstoffe nachgewiesen, wobei 10 Verbindungen in sämtlichen Proben gefunden wurden. Dies verdeutlich die ubiquitäre Belastung von Schwebstoff mit Bioziden. Die höchsten Konzentrationen wurden für quartäre Ammoniumverbindungen (in Summe über die analysierten QAV bis zu 8,7 µg/g) und Methyltriclosan (bis zu 280 ng/g), ein Transformationsprodukt des Bakterizids Triclosan, gefunden. Wo hingegen sich die Azole und Triazine im Median in Konzentrationsbereichen von 0,1 - 2,4 ng/g bewegten. Aus der Klasse der Pyrethroide konnte Permethrin an mehreren Standorten nachgewiesen werden. Die Konzentrationen der anderen Pyrethroide lagen größtenteils unterhalb der Bestimmungs- bzw. Nachweisgrenzen. Die Betrachtung der Konzentrationsentwicklung über die Jahre und Probenahmeflächen ergab zumeist keine eindeutigen Trends. Die für mehrere Wirkstoffe in den letzten Jahren in Kraft getretenen Beschränkungen und Verbote hatten bisher noch keinen nachweisbaren positiven Effekt auf die Schwebstoffbelastungen. Es wurden deutliche Unterschiede in der räumlichen Verteilung festgestellt, die allerdings teilweise auch durch zeitlich begrenzte Änderungen im Verbrauch überlagert wurden. So zeigten Propiconazol und Tebuconazol für den Standort Dessau im Jahr 2015 und Terbutryn am Standort Rehlingen für die Jahre 2013, 2017 und 2019 stark erhöhte Werte. Dies deutet auf relativ hohe zeitliche und örtliche Variabilität der Einträge hin. Dadurch wird die Identifizierung signifikanter langfristiger Konzentrationsentwicklungen erschwert. Die Untersuchungen zeigen, dass für Biozide für eine zuverlässige Einschätzung der Wirksamkeit von Zulassungsbeschränkungen und Verboten auch zukünftig die Einbeziehung von verschiedenen Standorten und eine mehrjährige kontinuierliche Analyse von Zeitreihen entscheidend sind. Überschreitungen der Predicted No Effect Concentration (PNEC) gab es für Permethrin. Für dieses Pyrethroid wurden Konzentrationen bis zu sechsmal so hoch wie die PNEC gefunden. Dies zeigt die Relevanz dieser Stoffklasse für das Schwebstoffmonitoring trotz einer geringen Detektionsrate. Allerdings lag die Nachweisgrenze beispielsweise für Transfluthrin mit 1,5 ng/g nahe der PNEC von 1,64 ng/g. Deshalb ist für eine zuverlässige Risikoabschätzung von besonderer Bedeutung, dass für diese Stoffgruppe die Analytik weiter optimiert und die Bestimmungrenzen gesenkt werden.

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