Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-04-26T16:59:53Z No. of bitstreams: 1 Dissert-LeonardoFrazão.pdf: 2516279 bytes, checksum: 48923c148348e036ced167489ad1b5d2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T16:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert-LeonardoFrazão.pdf: 2516279 bytes, checksum: 48923c148348e036ced167489ad1b5d2 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica Ambiental. Niterói, RJ / O potencial de bioacumulação de metais; capacidade de expressar biomarcadores moleculares (como a indução de proteínas semelhantes a metalotioneínas, MTLPs); e biomarcadores histológicos (quantidade de canais aquíferos, câmaras coanocitárias e fibras de colágeno) foram estudados na esponja Hymeniacidon heliophila. Em aquário, foi realizada exposição da esponja a diferentes concentrações de cádmio (controle; 0,05; 0,4 e 4 mg L-1 de Cd) ao longo de determinados períodos de tempo (tempo zero, 24 horas, 7 dias e 14 dias). Também foi avaliada a ocorrência de MTLPs e as concentrações de metais potencialmente indutores da síntese dessas proteínas (Cd, Ni, Cu e Zn) em H. heliophila proveniente diretamente da praia da Boa Viagem, situada na Baía de Guanabara (RJ). No experimento em aquário, a esponja acumulou uma concentração máxima de 114 mg Cd Kg-1, após 14 dias de exposição a 4 mg L-1 deste metal. Este valor corresponde a 14 vezes o encontrado em esponjas do aquário controle. Por meio da técnica de eletroforese (SDS-Page) aliada a derivatização com monobromobimano, foi possível observar forte indução de MTLPs apenas nas amostras expostas a 0,4 mg L-1 de Cd nos períodos de 24 horas e 7 dias. As técnicas de histologia utilizadas para evidenciar os efeitos morfológicos causados pela exposição ao Cd revelaram que em 24 horas houve diminuição na quantidade das estruturas analisadas. A partir desse período, nas esponjas submetidas a 4 mg L-1 de Cd, houve tendência de diminuição (exceto para fibras colágenas) das estruturas, enquanto em 0,4 mg L-1 de Cd houve tendência de estabilização e, em 0,05 mg L-1 de Cd, recuperação. No estudo na praia da Boa Viagem, em nenhuma das cinco coletas realizadas, foi constatada indução de MTLPs. As médias das concentrações de metais encontradas no tecido das esponjas foram: 0,28 mg Cd kg-1, 46,3 mg Cu kg-1, 2 mg Ni kg-1 e 965 mg Zn kg-1. Estes valores são elevados quando comparados às concentrações reportadas para outros organismos da Baía de Guanabara. Assim, a alta eficiência em acumular metais (observada na praia da Boa Viagem) e a capacidade de induzir MTLPs e respostas histológicas (frente à exposição ao Cd), indicam possibilidades para utilização de H. heliophila em futuros programas de biomonitoramento. / The metal bioaccumulation potential, the expression of molecular biomarkers (induction of metallothionein-like proteins, MTLPs) and histological biomarkers (number of channels, choanocyte chambers and collagen fibers) were studied in the sponge Hymeniacidon heliophila. Exposure experiments to different concentrations of cadmium (<0.01, 0,05, 0,4 and 4 mg L-1 Cd) along different time intervals (t = 24 hours, 7 days and 14 days) were performed under controlled (aquarium) conditions. The occurrence of MTLPs and metal concentrations potentially involved in inducing the synthesis of these proteins (Cd, Ni, Cu and Zn) were also investigated in H. heliophila directly sampled from the Boa Viagem beach, located in Guanabara Bay (RJ). In the aquarium experiment, the sponge accumulated a maximum concentration of 114 mg Cd kg-1 after 14 days of exposure to 4 mg L-1 of this metal. This corresponds to 14 times the concentration found in sponges found in a control aquarium. Electrophoresis (SDS-PAGE) combined with monobromobimano derivatization indicated a strong induction MTLPs only in samples exposed to 0,4 mg L-1 Cd in periods of 24 hours and 7 days. The histological techniques used to reveal the morphological effects caused by exposure to Cd revealed that within 24 hours there was a decrease in the quantity of the analyzed structures. In the study carried out in Boa Viagem beach, there was absence of MTLPs induction along the five sampling periods evaluated. The mean concentrations of metals found in the tissue of the sampled sponges were: 0,28 mg kg-1 Cd, 46,3 mg kg-1 Cu, Ni 2 mg kg-1 and 965 mg kg-1 Zn. These values are higher than concentrations reported for other organisms from Guanabara Bay. Thus, the high efficiency in accumulating metals (found in the Boa Viagem beach) and the ability to induce MTLPs and histological responses (under high Cd exposure) indicate possible uses of H. heliophila in future biomonitoring programs

L’objectif de ce travail est d’évaluer le transfert des métaux lourds au sein d’une installation de traitement des eaux de ruissellement routier et de développer un procédé épuratoire qui permettrait de parfaire le traitement de ces eaux. La démarche scientifique déployée a d’abord consisté en la caractérisation des flux métalliques acheminés dans un bassin de rétention recevant des eaux de ruissellement provenant d’une autoroute et en l’évaluation du transfert de cette pollution métallique vers la végétation environnante. Les résultats de cette première étude ont permis de mettre en évidence : (1) un transfert des métaux lourds (Cd, Ni, Zn) des compartiments eau – sol vers les macrophytes aquatiques présent sur le site, (2) la capacité de ces macrophytes à accumuler des polluants métalliques au sein de leurs tissus et (3) le caractère bioindicateur de ces macrophytes pour assurer une surveillance de la pollution métallique présente dans les eaux de ruissellement. Compte tenu de la capacité des plantes à accumuler des métaux, en particulier au niveau de leurs racines, un procédé de phytoremediation appelé marais flottant a été proposé pour affiner le traitement des eaux de ruissellement. Les performances épuratoires de ces systèmes ont été évaluées en microcosmes et la faisabilité technique de pouvoir implanter de tels systèmes directement à la surface d’ouvrages existants a également été appréhendée. Les résultats ont démontré que les marais flottants peuvent tout à fait être mis en œuvre à la surface de bassins de rétention sous réserve que les matériaux choisis pour la construction de ces systèmes soient adaptés aux conditions environnementales. Les résultats ont également mis en évidence la capacité des marais flottants à éliminer les métaux présents en phase aqueuse ainsi que l’importance du réseau racinaire qui se développe dans la colonne d’eau sur la rétention des polluants et la filtration des particules fines en suspension. Enfin, cette étude a démontré que les marais flottants peuvent être considérés comme des systèmes de traitement pérennes et nécessitant très peu de maintenance. / The objective of this work is to evaluate the heavy metal transfer into an urban stormwater treatment device and to develop a treatment process which would allow improving the treatment of these waters. The scientific approach consisted first to characterize the metal loads forwarded into a retention pond receiving stormwater runoff coming from a highway and to evaluate the transfer of this metal pollution to the surrounding vegetation. The results of this preliminary study demonstrated: (1) a heavy metal transfer (Cd, Ni and Zn) from the water and soil compartments to the aquatic macrophytes present on the studied site, (2) the capacity of these macrophytes to accumulate metal pollutants into their tissues and (3) the bioindicator value of these macrophytes for biomonitoring of stormwater metal pollution. Regarding the capacity of plants to accumulate metals, especially in their roots, a phytoremediation process called floating treatment wetlands was proposed to improve urban stormwater quality. The treatment performances of these systems were evaluated through a microcosm experiment and the technical feasibility for implanting such floating systems directly on the surface of existing ponds was also evaluated. The results showed that floating treatment wetlands can be operated on the surface of retention pond provided that the material chosen for the construction of these systems are well adapted to environmental conditions. The results also brought to light the efficiency of floating treatment wetlands for metal uptake from water as well as the importance of the root system on pollutant retention and the filtration of fine suspended particles. Finally, this study showed that floating treatment wetlands can be considered as sustainable treatment systems that need low maintenance.

La question des inégalités environnementales et sociales de santé (IESS) à l’échelle des territoires est rapportée à deux dimensions cumulatives : un niveau d’exposition des populations à un environnement de vie dégradé et un niveau de vulnérabilité face à ces facteurs de risques, capables d’affecter la santé. Ces travaux de recherche concernent les Systèmes d’Information Géographique (SIG) appliqués au domaine de la santé environnementale. Ils ont pour objectifs généraux la caractérisation de la qualité des milieux environnementaux et l’évaluation des IESS. L’atteinte de ces objectifs passe préalablement par la récolte, la genèse et la mise en forme de bases de données environnementales spatialisées. Ces bases issues de la surveillance physico-chimique et de la biosurveillance des milieux sont ensuite cartographiées à l'aide des outils SIG, notamment les méthodes géostatistiques d’interpolation spatiale. En parallèle, les disparités spatiales d'incidence de pathologies sont étudiées grâce à des méthodes de cartographie des maladies (Ratios d'Incidence Standardisés : SIR) et de détection de clusters atypiques d'évènements (statistique de scan) mises en œuvre sur la base de registres de maladies. Finalement des études écologiques spatialisées sont élaborées afin de rapprocher les cartographies environnementales générées aux indicateurs sanitaires et socio-économiques. Ces travaux s’attachent à répondre à la question « les populations présentant un état de santé dégradé vivent-elles dans un environnement dégradé ? » Ce questionnement a été étudié à travers trois axes de recherche. Le premier concerne la caractérisation de l’imprégnation de l’environnement par les éléments traces métalliques (ETM) et l’évaluation des IESS à fine résolution sur trois bassins de vie de la région Nord-Pas de Calais (NPdC). Cette recherche est menée à partir de mesures d’imprégnations biologiques réalisées à la fois chez des lichens épiphytes et chez l’Homme et d’un indicateur de défaveur localisé. Les ETM mesurés ont été considérés de manière individuelle, mais également de manière globale à travers le développement d’un indice intégré multimétallique, afin d’exprimer le niveau d’imprégnation général par plusieurs métaux. Des inégalités environnementales ont été mises en évidence à l’échelle des quartiers du bassin de Dunkerque. Nos résultats supposent également l’implication de l’environnement dans l’imprégnation des populations pour certains ETM.Dans le deuxième axe, nous avons mis en évidence des disparités spatiales d’incidence de l’insuffisance rénale chronique terminale entre les cantons du NPdC et souligné l’implication du statut socio-économique dans l’apparition de ces disparités, contrairement à d’autres facteurs (diabète, maladies cardiovasculaires, pratiques médicales). Seule une partie des disparités de cette pathologie est aujourd’hui expliquée. Il est donc nécessaire de poursuivre sur le rôle des contaminants de l’environnement. Enfin, le troisième axe s’intéresse à l’analyse spatiale et spatio-temporelle de contaminations des eaux souterraines par les ETM, en vue d’identifier de potentiels facteurs de risques environnementaux des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin. La réalisation de ces travaux s’appuie sur plusieurs collaborations établies avec le Réseau REIN, le Registre EPIMAD et des équipes de recherche (EA4483 et EA2694 Université Lille 2, TVES EA4477 ULCO).A la suite de ces travaux de thèse, les perspectives de recherche sont de poursuivre le développement d’indicateurs intégrés d’exposition aux contaminations multiples des milieux environnementaux. Les résultats montrent également un manque de renseignement des bases de données environnementales par rapport aux registres de santé. Un travail est donc nécessaire afin de définir le contenu de ces bases, nécessaire pour caractériser la qualité des milieux et faciliter l’étude de l’interaction de l’Homme avec son environnement. / Environmental and social inequalities in health (ESIH) over territories are related to two cumulative dimensions: populations exposed to their living poor quality environment and the vulnerability of these populations to the environmental risk factors, which can affect health. This research deals with the Geographic Information Systems (GIS) applied to the field of environmental health. General purposes are the characterization of environmental media quality and the assessment of ESIH.Achieving these objectives requires a first step of harvest, genesis and formatting spatialized environmental databases. Such data are resulting from physico-chemical monitoring and biomonitoring. They were then mapped using GIS tools, including geostatistical spatial interpolation methods. On the over hand, spatial variability in the incidence of diseases were investigated using disease mapping methods (Standardized Incidence Ratios: SIR) and the detection of atypical clusters of events (scan statistics), which are based on disease registries. Finally, geographical ecological studies are developed to associate the environmental maps generated to health and socio-economic status. Thus, this work aims to answer the question \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\"do people with poor state of health live in a poor quality environment?\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\" This question has been studied through three main researches.The first relates the characterization of trace elements burdens in the environment and the assessment of ESIH on neighborhood scale, over three territories in the Nord-Pas de Calais (NPdC) region. This research is conducted from measurements of biological burdens performed both in epiphytic lichens and humans and from a localized index of deprivation. The measured metals were considered individually, but also holistically by developing an integrated multimetallic index, in order to describe the general status of environmental pollution by metals. Environmental inequalities were observed on neighborhood scale in Dunkerque. Our results assume that trace elements burdens in populations are affected by environmental burdens.In our second research we revealed spatial disparities in the incidence of end stage renal disease (ESRD) on small area in the NPdC. Unlike other factors (diabetes, cardiovascular disease, medical practices), we highlighted the role of socio-economic status in the occurrence of such disparities. Only a part of the ESRD variability is currently explained. It is therefore necessary to focus on the environmental hypothesis.The third research focuses on the spatial and spatio-temporal analysis of groundwater contamination by trace elements, in order to identify potential environmental risk factors in the incidence of chronic inflammatory bowel disease.This work is based on several collaborations with the REIN network, the EPIMAD registry, and several research teams (EA4483 and EA2694 Université Lille 2, TVES EA4477 ULCO).Following this thesis, the research prospects are to pursue the development of integrated indicators to assess population exposure to the multiple environmental media contamination. The results also indicate a lack of information in environmental databases compared to health registries. A work is thus needed to define the content of such databases. These are necessary to characterize the environmental quality and to help the assessment of interaction between the populations and their living environment.

Firefighters and asphalt pavers are exposed to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) during various work activities. The purpose of this study was to evaluate urinary PAH levels and compare these bio-monitoring levels among firefighters, asphalt pavers, and non-occupationally exposed individuals. The National Institute of Standards and Technology (NIST) urinary PAH levels were used for non-occupationally exposed controls. When compared to the NIST standard for smokers and non-smokers, firefighters demonstrated statistically significant differences in urinary concentration differences for the following metabolites: 2-OH-fluorene, 3-OH-fluorene and 1-OH-pyrene, which were lower in firefighters than the NIST mean for smokers. 1-OH-phenanthrene, 2-OH-phenanthrene and 3-OH-phenanthrene were higher among world trade center exposed firefighters than the NIST mean for smokers. When firefighters were compared to the NIST non-smoker standard, firefighters demonstrated elevated levels in all tested PAH biomarkers due to a mixture of smokers and non-smokers in the firefighter cohort. Asphalt workers had statistically significant higher urinary concentration elevations in 2-OH-fluorene, 1-OH-phenanthrene and 3-OH-phenanthrene as compared to the NIST smoker mean. When asphalt pavers were compared to the NIST non-smoker mean, asphalt pavers had statistically significant increases in all tested PAH biomarkers, with the exception of 2-OH-phenanthrene. While firefighters did not demonstrate a substantial change in urinary PAH metabolite levels compared to control populations of smokers and non-smokers, asphalt pavers experienced concentrations that were in some cases increased by orders of magnitude compared to NIST controls. Future research may be needed to evaluate any potential health risk posted to occupational exposed asphalt pavers.

L'objectif de ce travail était de proposer des approches d'études complémentaires permettant d'identifier des rejets industriels pharmaceutiques à risque pour la santé des espèces piscicoles chroniquement exposées. Après avoir décrit ce tissu industriel complexe en France métropolitaine et identifié un ensemble de rejets à ‘haut risque' pour l'environnement, deux d'entre eux furent analysés selon une approche ‘amont/aval'. Les effets écotoxicologiques sublétaux chez les espèces (goujon ou épinoche) ont été étudiés in situ au moyen d'une batterie de biomarqueurs histologiques et biochimiques complémentaires et préalablement développés. Les résultats obtenus furent confrontés aux données contextuelles disponibles ainsi qu'aux résultats théoriques obtenus par une approche d'extrapolation des données pharmacologiques, appliquée à chaque production spécifique, afin d'étayer un éventuel lien de causalité. L'analyse des goujons n'a révélé aucune influence écotoxicologique liée au rejet ligérien, mais nos résultats semblent indiquer des perturbations biologiques complexes chez les épinoches du ruisseau Commerce, correspondant à des modifications générales documentées chez des poissons chroniquement exposés à des micropolluants. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'interface de communication entre scientifique et législateur, afin d'améliorer la compréhension mutuelle et l'utilisation des informations scientifiques dans le cadre de la biosurveillance de ces rejets industriels. / The aim of this work was to suggest complementary approaches to identify pharmaceutical factory discharges ‘at risk' for wild fish chronically exposed. First, we described this complex industrial network in France. Next, we identified several industrial outlets with ‘high risk' for aquatic environment, and two of them were analyzed according to an ‘upstream/downstream' approach. Subletal in situ ecotoxicological effects in wild species (gudgeon or stickleback) were studied by means of histological and biochemical biomarkers previously developed. Then, these ecotoxicological results were discussed to contextual data and theoretical conclusions from a pharmacological ‘read-across' approach, applied to each specific drug production, to support a potential causal link. Results from gudgeons living in Loire did not allow us to suspect ecotoxicological disturbances in fishes exposed to this pharmaceutical outlet. On the contrary, our results highlights complex biological disturbances in sticklebacks from Commerce, which seem to be consistent with general disruptions of health status of wild fish exposed to micropollutants. Finally, we were interested of science/policy interface to improve the understanding and the use of scientific data within the framework of the biomonitoring of these industrial discharges.

In this study, two different field experiments were designed to assess the relative influence of urbanization on benthic communities. During spring and summer, four urban and one reference sites from Denton County, Texas were selected for benthic macroinvertebrate evaluation. Statistically significant differences in colonized benthic macroinvertebrate taxa on artificial substrates were observed among the four urban sites and the reference site. Oligochaetes and chironomids were the dominant taxa at all sites. Identification of chironomid larvae at the subfamily and genus level to detect differences between sites had higher statistical power than the evaluation based on total chironomids. At the reference site, Caenis, Cladotanytarsus, Orthocladius, and Ceratopogonidae were the dominant taxa, while the urban sites were dominated by Dero, Physella, Ancylidae, Chironomus, Dicrotendipes, Glyptotendipes, Polypedilum, Pseudochironomus, Stenochironomus, and Tanytarsus. These differences may have been dependent upon differences in hydrologic regime and water quality between sites. Significant differences (ANOVA, p < 0.01) in water quality parameters (alkalinity, hardness, nitrates, phosphates, chlorides, sulfates, calcium, magnesium, potassium, and triazine) were found among water samples collected from the reference and urban sites. During the transfer period, most of the Ephemeroptera and Trichoptera taxa and a few other taxa disappeared from artificial substrates that were colonized at the reference site and then moved to the urban sites. Also, local abundant taxa from the urban site significantly (t test, p < 0.05) increased in number on the transferred artificial substrates. Seasonal differences in colonization patterns were also observed between the spring and summer experimental periods, which indicate that temporal variation is equally important, as is the anthropogenic effect in benthic community evaluation. Field survival and growth experiments using Erpetogomphus designatus larvae were designed to detect differences between evaluated sites. Larvae were collected from the reference site, measured in the laboratory, and exposed at the urban sites for six weeks in using specially designed cages. The exposed larvae demonstrated a higher mortality rate at the urban sites compared to the reference site.

La biosurveillance humaine permet aujourd’hui d’évaluer notre exposition aux produits chimiques par la mesure soit des substances elles-mêmes, soit de leurs métabolites ou marqueurs d'effets sur la santé, à partir des fluides corporels ou des tissus. Les informations recueillies dans le cadre d’enquêtes épidémiologiques renseignent sur l'exposition humaine et constituent des bases précieuses dans la recherche des relations exposition-réponse chez les humains. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre de l’enquête transversale IMePoGe conduite entre 2008-2010 dans la région Nord–Pas-de-Calais (au nord de la France), incluant 2000 résidents adultes âgés de 20 à 59 ans, et visant à quantifier les niveaux d’imprégnation de la population à 14 métaux et métalloïdes (aluminium, antimoine, arsenic total, béryllium, cadmium, cobalt, chrome, mercure, manganèse, nickel, plomb, thallium, vanadium, zinc) choisis pour leurs effets toxiques et la fréquence de l’exposition professionnelle et environnementale. Les objectifs spécifiques de cette thèse étaient, tout en portant une attention particulière au plomb et au cadmium, deux métaux néphrotoxiques connus dans la littérature : i) d’établir la distribution de l’imprégnation aux métaux et métalloïdes dans la population du Nord de la France et de comparer le niveau régional d’imprégnation avec les données nationales et internationales ; ii) d’identifier les facteurs majeurs de variation de l’imprégnation et les sources d’exposition au plomb et au cadmium dans la population générale ; iii) d’étudier la relation entre la variation du débit de filtration glomérulaire et les niveaux d’imprégnation aux métaux. Globalement, les concentrations sanguines et urinaires de la plupart des métaux et métalloïdes étaient plus élevées que celles rapportées dans l’enquête nationale nutrition santé conduite sur la même période dans la population française, à l’exception du vanadium urinaire et du plomb sanguin. La plombémie moyenne régionale (moyenne géométrique) était de 18,8 μg/L. De nombreuses sources d’exposition au plomb existaient dans la population et étaient à la fois d’origine professionnelle, environnementale et alimentaire. Pour ce qui est du cadmium, le tabagisme se présentait comme la principale source d’exposition récente ou chronique au métal : la cadmiémie moyenne, reflet de l’exposition récente, était de 0,39 μg/L et passait de 0,26 μg/L chez les non-fumeurs à 0,84 μg/L chez les fumeurs ; la cadmiurie moyenne, reflet de l’exposition chronique, était de 0,37 μg/L (0,33 μg/g créatinine) et passait de 0,33 μg/L (0,29 μg/g créatinine) chez les non-fumeurs à 0,46 μg/L (0.37 μg/g créatinine) chez les fumeurs. Enfin, dans le cadre de l’étude de la relation entre l’imprégnation aux métaux et le débit de filtration glomérulaire, notre étude a montré que la prise en compte de la co-exposition à d’autres métaux et métalloïdes potentiellement néphrotoxiques bouleversait considérablement les associations antérieures jusqu’ici rapportées spécifiquement avec le plomb et le cadmium, dans le cadre de faibles niveaux d’imprégnation en population générale. / Human Biomonitoring allows us to evaluate our exposure to chemicals by measuring substances themselves or their metabolites or markers of health effects, from body fluids or tissues. The information collected through epidemiological surveys provide information on human exposure and are valuable databases in the research of exposure-response relationships in humans. This thesis is part of the cross-sectional IMePoGe survey conducted between 2008-2010 in the Nord–Pas-de-Calais region (in northern France), including 2,000 adult residents aged 20 to 59 years old, and aimed to quantify the impregnation levels of the population to 14 metals and metalloids (aluminum, antimony, total arsenic, beryllium, cadmium, cobalt, chromium, mercury, manganese, nickel, lead, thallium, vanadium, zinc) chosen for their toxic effects and the frequency of occupational and environmental exposure. The specific objectives of this thesis were, which a special interest for lead and cadmium, two nephrotoxic metals known in the literature: i) to establish the distribution of impregnation metals into the northern population of France and compare the exposure regional level to metals and metalloids with the national and international data; ii) to identify the major factors of variation of the impregnation and the sources of exposure to lead and cadmium in the general population; iii) to study the relationship between the change in glomerular filtration rate and the impregnation levels to metals. Overall, blood and urinary concentrations of most metals and metalloids were higher than those found in the national nutritional health survey conducted during the same period in the French population, with the exception of urinary vanadium and blood lead. The regional mean of blood lead level (geometric mean) was 18.8 μg/L. Several sources of lead exposure existed in the population and were link to the occupational, environmental and consumption parameters. Regarding cadmium, smoking was the main source of recent or chronic exposure to metal: the geometric mean of blood cadmium, reflecting a recent exposure, was 0.39 μg/L and increased from 0.26 μg/L in non-smokers to 0.84 μg/L in smokers; the geometric mean of urinary cadmium, reflecting the chronic exposure, was 0.37 μg/L (0.33 μg/g creatinine) and increased from 0.33 μg/L (0.29 μg/g creatinine) in non-smokers to 0.46 μg/L (0.37 μg/g creatinine) in smokers. Finally, as part of the study of the relationship between the metal levels and the glomerular filtration rate, our study showed that taking into account the multiple exposure to the other potentially nephrotoxic metals and metalloids upset considerably the previous associations specifically reported with lead and cadmium, in the context of low levels exposure in the general population.

In der vorliegenden Dissertation wurde die Eignung von Flechten als Biomonitor für die retrospektive Ermittlung der Luftqualität im Hinblick auf Spurenstoffe systematisch untersucht. Dazu wurde die ubiquitär verbreitete Krustenflechte Lecanora muralis ausgewählt und mit ihrer Hilfe der Einfluss von Lokalität, Probennahmehöhe und -position, Sammelmethodik, Präparationsmethodik, Wachstum etc. eingehend bearbeitet. Die Luftqualität in Nordrhein-Westfalen galt es als regionales Beispiel mit hochdifferenzierten Einflüssen zu charakterisieren. Hierfür wurden Flechten an ihren natürlichen Standorten gesammelt und auf die folgenden Elementgehalte analysiert (sog. passives Biomonitoring): Ag, As, Ba, Ce, Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Se, Sn, Tl, V und Zn.

Dreikantmuscheln (Dreissena polymorpha) sind aufgrund ihrer speziellen Ernährungsweise in der Lage, erhebliche Wassermengen unterschiedlichster Qualität sehr effektiv zu filtrieren und dabei zu reinigen (Biofilter). Ziel der Arbeit waren Einschätzungen zum Leistungsumfang, der Nutzung und von Grenzen des Muschelfilters. Die Exposition der Muscheln erfolgte in der Elbe am Neustädter Hafen in Dresden (Oberflächengewässer), in dem ersten und zweiten Schönungsteich der Kläranlage Reichenau (Sachsen) und in einem Waldbad in Langebrück (Badegewässer). Eine wirksame Elutionsmethode war die Grundlage um Mikroorganismen (Bakterien, Viren und Parasiten) aus dem Muschelgewebe effizient nachweisen zu können. Die bakterielle Wiederfindungsrate von 86% und eine Wiederfindung von 97% für Bakteriophagen bestätigen die Elutionseffizienz des Verfahrens. Die Befähigung von Dreissena polymorpha zu einer saisonal beeinflussten Bioakkumulation gegenüber dem Umgebungswasser konnte durch ein Monitoring mit einem Anreicherungsfaktor für Bakterien von 87 (gemittelt) und für Bakteriophagen von 261 (gemittelt) eindrucksvoll bestätigt werden. Batchversuche im Labormaßstab bestätigten die im in situ - Monitoring ermittelte Bakterienakkumulation und demonstrieren darüber hinaus eine temperaturabhängige Inaktivierung (Elimination) der Bakterien (Intestinale Enterokokken) durch die Muscheln mit Reduktionsraten von -77% bei 20°C bzw. -61% bei 6°C. Nicht alle aufgenommenen Organismen werden durch die Muscheln inaktiviert. Das ergaben die in situ Sedimentuntersuchungen unter dem Muschelfilter. Die Verdopplung der Enterokokken sowie die erhöhten Werte der somatischen Coliphagen im Sediment unter Muschelbesatz charakterisieren dieses Kompartiment als Keimreservoir. Die bakterielle Besiedlung des Verdauungstraktes von Dreissena polymorpha wird stark durch die Bakterienzönose des umgebenden Wassers beeinflusst. Sowohl im Wasser als auch im Muschelgewebe dominierten fünf Bakterienstämme (Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes,&amp;quot;environmental group&amp;quot;). Eine auffallend hohe Dominanz zeigten die Mycoplasmen (Firmicutes), was auf eine mögliche ökologische Nische für Vertreter dieser Gattung in der Muschel hindeutet. In allen Muscheleluaten des Monitorings wurden Legionellen nachgewiesen. Die Muscheln des Teiches 2 der KA Reichenau zeigten mit 86% die höchste Kontamination aller Expositionsorte. Legionellenamplifikate im Muscheleluat 2 gingen kontinuierlich mit ebenfalls positiven Befunden im Wasser einher, so dass der Einsatz von Dreissena polymorpha auch im Biomonitoring von Legionellaceae möglich ist. Erstmalig wurden in der Elbe und im Abwasser der KA Reichenau E. coli O157:H7 infizierenden Phagen und deren Anteile nachgewiesen. Die Elbe lag mit einem E. coli O157:H7 infizierenden Phagenanteil von 7,5% deutlich über dem Rohabwasser (1,0%) und dem Zulauf zum ersten Schönungsteich der Kläranlage (0,5%). Der Stx Gennachweis im Muscheleluat war dagegen nur in einer von 24 Proben erfolgreich. Enterale Viren (AdV, EV) wurden in den Dreikantmuscheln und ihrem Umgebungswasser diskontinuierlich nachgewiesen. Enteroviren wurden im Wasser (57% gemittelt) häufiger als in der parallelen Muschelproben (10%) nachgewiesen. Parasiten (Giardia lamblia und Cryptosporidium parvum) werden durch die exponierten Muscheln aufgenommen, dies bestätigten die qualitativen Testergebnisse. In den Dreikantmuscheln wurde sowohl für G. lamblia (78%), als auch für Cryptosporidien (77%) eine durchschnittlich höhere Nachweisrate im Vergleich zu den korrespondierenden Wasserproben (42% und 36%) ermittelt. Die effiziente Akkumulation und die Umweltresistenz der Dreikantmuscheln sind hervorragende Eigenschaften, die sich zu einem zuverlässigen Biomonitor mit &amp;quot;Hygienegedächtnis&amp;quot; und hoher Sensibilität vereinen lassen.

Un contexte réglementaire de plus en plus strict dans le domaine de l’évaluation environnementale de l’impact des composés chimiques d’origine anthropique et plus précisément du risque écotoxicologique dans l’environnement aquatique, exige de renforcer les outils d’évaluation et d’affiner la connaissance de leur valeur prédictive. A ce titre, l’étude des biomarqueurs de génotoxicité doit être privilégiée, compte tenu du rôle central de l’ADN dans le fonctionnement du vivant et des effets trans-générationnels susceptibles de conduire à un fardeau génétique affectant les populations exposées à un environnement contaminé. Dans cette perspective, et après avoir défini la problématique à l’issue d’une analyse bibliographique, ce travail de thèse a permis de développer un biomarqueur de génotoxicité chez l’épinoche (Gasterosteus aculeatus), espèce modèle en écotoxicologie, en utilisant la mesure des dommages primaires à l’ADN par le test des comètes en conditions alcalines. Il visait à : i) apporter une information complémentaire au sein d’une batterie de biomarqueurs utilisée en biomonitoring chez cette espèce, 2) apporter des éléments de compréhension sur la valeur prédictive d’un effet génotoxique sur le tissu germinal des organismes aquatiques exposés au stress chimique. Concernant le premier point, les résultats soulignent l’intérêt de ce biomarqueur de génotoxicité développé sur le tissu sanguin au laboratoire, sa grande sensibilité amenant à un pouvoir discriminant significatif dans le cadre d’approches multiparamétriques menées dans un second temps sur le terrain. Pour ce qui est de l’étude de la signification écotoxicologique de ce biomarqueur de génotoxicité, le but était d’explorer le lien entre l’intégrité de l’ADN des cellules germinales de ce poisson et la qualité de la descendance. Les résultats de ce travail démontrent de manière originale la contribution majoritaire du génome paternel à la transmission d’une information génétique délétère ayant pour conséquence des anomalies de survie et de développement mesurées sur la descendance. Ils permettent de disposer d’un élément d’évaluation prédictive pertinent de l’effet des contaminants à potentiel génotoxique dans les écosystèmes aquatiques, dans un contexte d’intérêt grandissant de la compréhension du déclin de populations de poisson universellement recensé. / A rule context in the field of environmental impact assessment of anthropogenic chemicals and specifically ecotoxicological risk to the aquatic environment, requires strengthening the assessment tools and refine knowledge of their predictive value. As such, the study of biomarkers of genotoxicity should be choose, given the central role of DNA in living organisms function and trans-generational effects could lead to a genetic load affecting populations exposed to a contaminated environment . In this context, and after defining the problem at the end of a literature review, this thesis has developed a biomarker of genotoxicity in the stickleback (Gasterosteus aculeatus), model species in ecotoxicology, using the measurement primary DNA damage by the comet assay under alkaline conditions. It aimed to: i) provide additional information in a battery of biomarkers used in biomonitoring in this species, 2) provide some understanding of the predictive value of a genotoxic effect on the germinal tissue of aquatic organisms exposed to chemical stress. On the first point, the results underline the importance of this biomarker of genotoxicity developed on blood tissue in the laboratory, its high sensitivity leading to a significant discriminating power under multiparameter approaches taken in a second time on the ground. Regarding the study of the ecotoxicological significance of this biomarker of genotoxicity, the aim was to explore the relationship between DNA integrity in germ cells of the fish and the quality of the offspring. The results of this work show an original way the majority of the paternal genome contribution to the transmission of a deleterious genetic information that result in abnormal survival and development measured on the offspring. They allow you to have a predictive element relevant evaluation of the effect of genotoxic potential contaminants in aquatic ecosystems, in a context of growing interest in understanding the decline of fish populations identified universally.