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'''Biokonzentration''' ist die Anreicherung eines [[Chemischer Stoff|chemischen Stoffs]] in einem [[aquatisch]]en [[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 [[Kieme|Kiemen]] oder über andere [[Permeabilität (Materie)|permeable]] Körperoberflächen, die insbesondere bei weichhäutigen Organismen für viele [[Lipophilie|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 ([[Gleichgewichtszustand]]s). Geht die [[Konzentration (Chemie)|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. In Abhängigkeit von der Fettlöslichkeit einer Verbindung, kann es bis zur Erreichung des Gleichgewichtszustandes eine längere Zeit dauern. Die benötigte Zeit kann mittels folgender Gleichung abgeschätzt werden:<ref>OECD Guidelines for the Testing of Chemicals: Test No. 305: Bioaccumulation in Fish: Aqueous and Dietary Exposure, S. 56, [[doi:10.1787/9789264185296-en]].</ref><ref>Hawker D.W., Connell D.W. (1988): Influence of partition coefficient of lipophilic compounds on bioconcentration kinetics with fish. Wat. Res. 22: 701–707, [[doi:10.1016/0043-1354(88)90181-9]].</ref>

:<math>\frac{t_\text{Gleichgewicht}}{\text{h}} = 0{,}00654 \cdot K_\text{OW} + 55{,}31</math>

Folglich dauert es bei einer Verbindung mit einem [[Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizient]]en (log ''K''OW) von 4 rund fünf Tage bis zur Erreichung des Gleichgewichtszustandes, bei einem log ''K''OW von 6 hingegen bereits neun Monate.

== Biokonzentrationsfaktor (BCF) ==
Die Biokonzentration gegenüber dem Wasser kann als Biokonzentrationsfaktor gekennzeichnet werden. Dieser stellt eine Größe dar, die das Verhältnis der Konzentrationen im Organismus im Vergleich zum Wasser darstellt. Die Einheit des BCF ist l/kg,<ref>OECD Guidelines for the Testing of Chemicals: Test No. 305: Bioaccumulation in Fish: Aqueous and Dietary Exposure, S. 30, [[doi:10.1787/9789264185296-en]].</ref><ref>[[ECHA]]: ''[https://echa.europa.eu/documents/10162/17224/information_requirements_r11_en.pdf Guidance on information requirements and chemical safety assessment – Chapter R.11: PBT/vPvB Assessment].'' Version 4.0, 2023, S. 97.</ref> wird aber teilweise weggelassen. Die Kinetik der Aufnahme- oder Abnahmegeschwindigkeit der Biokonzentration und damit auch des BCF entspricht der Kinetik der Ein-, Zwei- oder Mehr-[[Umweltkompartiment|Kompartimentmodelle]].

In ökologischen Fischtests ist der BCF definiert als Verhältnis zwischen der Konzentration des getesteten Stoffs im Versuchsfisch <math>c_\text{f}</math> (in mg/kg Gewebe) und der Konzentration in Versuchswasser <math>c_\text{w}</math> (in mg/L Testmedium):

:<math>BCF = \frac {c_\text{f}} {c_\text{w}}</math>,

wobei der Wert unter Gleichgewichtsbedingungen gemessen wird, wenn also die Aufnahmerate durch [[Diffusion]] über Körperoberflächen gleich der Eliminationsrate (Exkretion, Auswärtsdiffusion oder Abbau) entspricht. Es muss beachtet werden, dass sich der BCF zwischen verschiedenen Spezies unterscheidet und u. a. von der Entwicklungsphase abhängt.<ref name="DOI10.1016/j.chemosphere.2019.124731">Pim N.H. Wassenaar, Eric M.J. Verbruggen, Ellen Cieraad, Willie J.G.M. Peijnenburg, Martina G. Vijver: ''Variability in fish bioconcentration factors: Influences of study design and consequences for regulation.'' In: ''[[Chemosphere (Zeitschrift)|Chemosphere]].'' 239, 2020, S. 124731, {{DOI|10.1016/j.chemosphere.2019.124731}}.</ref>

Der BCF eines Stoffs kann außer im [[Tierversuch]] näherungsweise auch aus dem ''K''OW-Wert berechnet werden.

Verbindungen mit einem BCF von > 2000 L/kg bzw. > 5000 L/kg bei aquatischen Spezies erfüllen das Teilkriterium für [[PBT-Stoff|PBT-]] bzw. [[vPvB-Stoff]]e unter [[REACH]].<ref>[[ECHA]]: ''[https://echa.europa.eu/documents/10162/17224/information_requirements_r11_en.pdf Guidance on information requirements and chemical safety assessment – Chapter R.11: PBT/vPvB Assessment].'' Version 4.0, 2023, S. 20.</ref>

== 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 des Stoffs aus dem Körper) steht. Zudem ist insbesondere bei kleinen weichhäutigen Wasserorganismen (wie sie häufig zu Testzwecken verwendet werden) und bei lipophilen Stoffen 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, [[doi:10.1007/10503050]], ISBN 978-3-540-62575-9.
* [[Karl Fent]]: ''Ökotoxikologie''. Georg Thieme, Stuttgart 2003, ISBN 978-3-13-109992-1.
* Jon Arnot, [[Frank Gobas]]: ''A review of bioconcentration factor (BCF) and bioaccumulation factor (BAF) assessments for organic chemicals in aquatic organisms.'' In: ''[[Environmental Reviews]].'' 14, 2006, S. 257–297, [[doi:10.1139/a06-005]].
* {{Literatur |Autor=Juliane Glüge, [[Beate I. Escher]], [[Martin Scheringer]] |Titel=How error‐prone bioaccumulation experiments affect the risk assessment of hydrophobic chemicals and what could be improved |Sammelwerk=[[Integrated Environmental Assessment and Management]] |Datum=2022 |DOI=10.1002/ieam.4714 |Seiten=ieam.4714}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Ökologische Größe]]
[[Kategorie:Ökotoxikologie]]
[[Kategorie:Nahrungsnetz]]

Biokonzentration - Versionsgeschichte

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