Ecological mixture risk assessment between polystyrene nanoplastic and ivermectin seeking an approach at various trophic levels: bioassays, modeling, and regulatory aspects

Abstract

Quantidades crescentes de poluentes são constantemente geradas e descartadas no ambiente natural, mesmo após estações de tratamento de esgoto. Para avaliar seus efeitos na biota mais próximos dos efeitos que ocorrem no meio ambiente, o presente trabalho tem como objetivo entender os efeitos de concentrações ambientalmente relevantes do poliestireno nanoplástico (PSNP), ivermectina (IVM) e sua mistura (PSNP-IVM) em diferentes níveis tróficos por meio de bioensaios e modelagem. Esta tese é composta por três capítulos, 1. Caracterização dos poluentes envolvidos e avaliação toxicológica; 2. Avaliação de risco de mistura e 3. Abordagem regulatória. A caracterização avaliou a estabilidade em suspensão do PSNP e do IVM, fornecendo informações sobre a possível mobilidade das partículas na coluna d'água, afetando os bioensaios e gerando dados sobre a toxicidade usando organismos de diferentes níveis tróficos, como produtores, consumidores primários e decompositores, com posterior curva de Distribuição de Sensibilidade das Espécies. Em seguida, foi desenvolvido um modelo de Avaliação de Risco de Mistura para ajudar os formuladores de políticas a aplicarem o Fator de Avaliação de Mistura (FAM) e corrigir os limites regulatórios. O último capítulo fornece um novo arcabouço para as práticas regulatórias que vêm se ajudando mutuamente a uma melhor compreensão dos modelos toxicológicos, sua respectiva avaliação de misturas poluentes e implementação de políticas com foco nas relações globais norte-sul. O PSNP não foi tóxico em concentrações ambientalmente relevantes para nenhuma das espécies testadas, enquanto o IVM foi tóxico para D. magna e E. crypticus. A mistura não apresentou padrão entre as espécies; no entanto, o SSD forneceu um HC5 de 29,49 ppt de IVM para organismos aquáticos e 36,87 para organismos terrestres. Com o modelo do capítulo 2 fornecendo uma forte base científica para a aplicação do MAF na correção de limites regulatórios, a discussão no capítulo 3 aponta para uma maior integração entre todas as partes interessadas por meio da estrutura GlORIES, que significa em inglês: Centrado no sul global, dados de acesso aberto, regionalização, integração e princípio de economia de energia. Portanto, este trabalho ajuda a preencher a lacuna entre a academia e os órgãos reguladores e mostra um possível caminho a seguir. Quando todas as partes interessadas se envolvem, é possível se beneficiar com todas as formas de conhecimento e proporcionar maior proteção ambiental.

Abstract: Increasing amounts of pollutants are constantly being generated and disposed in the natural environment even after wastewater treatment plants. To assess its effects on the biota closer to the effects occurring on the environment, the present work aims to understand the effects of environmentally relevant concentrations of the polystyrene nanoplastic (PSNP), ivermectin (IVM), and their mixture (PSNP-IVM) across different trophic levels through bioassays and modeling. This thesis is comprised of three chapters, 1. Characterization of the involved pollutants and Toxicological assessment; 2. Mixture Risk Assessment, and 3. Regulatory approach. The characterization evaluated the stability in suspension of PSNP and IVM thus providing information on the possible mobility of the particles on the water column, affecting then the bioassays and generating data on the toxicity using organisms from different trophic levels such as producers, primary consumers, and decomposers, with further Species Sensitivity Distribution curve. Then, a Mixture Risk Assessment model was developed to help policy makers to apply the Mixture Assessment Factor (MAF) and correct regulatory thresholds. The last chapter provides a new framework to the regulatory practices have been helping each other towards a better understanding of toxicological models, their respective mixture pollutant evaluation and, policy implementation with a focus on the global north-south relations. PSNP was not toxic in environmentally relevant concentrations to none of the tested species, while IVM was toxic to D. magna and E. crypticus. The mixture showed no pattern between species; however the SSD provided an HC5 of 29.49 ppt of IVM for aquatic organisms and 36.87 for terrestrial organisms. With the model from chapter 2 providing a strong scientific base for the application of MAF on the correction of regulatory thresholds, the discussion on chapter 3 points towards a greater integration between all stakeholders though the GlORIES framework which stands for: Global south-centered, Open access data, Regionalization, Integration, and Energy Saving principle. Therefore, this work helps bridge the gap between academia and the regulatory bodies and shows a possible way forward. When all interested parts get involved it is possible to profit from all forms of knowledge and provide greater environmental protection.