DOI: https://doi.org/10.53941/ges.2026.100006
تاريخ النشر: 2026-01-30
المؤلف: Yingjie Chen وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم السموم البيئية والسموم البيئية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في المخاطر البيئية التي تشكلها مضاد الأكسدة الموجود في الإطارات N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine (6PPD) ومنتجه التحويلي 6PPD-quinone (6PPD-Q)، اللذان ظهرا كملوثات هامة بسبب انتشارهما الواسع وسميتهما العالية للحياة المائية. من خلال تجميع 77 سجل تركيز و991 نقطة سمية عبر 34 نوعًا، استنتج الباحثون تركيزات متوقعة لعدم التأثير (PNECs) باستخدام توزيعات حساسية الأنواع (SSDs). تشير النتائج إلى أن كلا المركبين يتواجدان عادة في المياه السطحية، حيث غالبًا ما يكون 6PPD-Q موجودًا بتركيزات أعلى من 6PPD. ومن الجدير بالذكر أن سمك السلمون أظهر حساسية شديدة تجاه 6PPD-Q، مع عتبات قاتلة في نطاق النانوغرام لكل لتر، بينما أظهرت الأنواع غير السلمونية تباينًا كبيرًا في التحمل.
أنتجت توزيعات SSD المتوسطة نموذجياً تركيزات خطرة قائمة على الوفيات لـ 5% من الأنواع (HC5) تبلغ 24.3 ميكروغرام/لتر لـ 6PPD و0.0559 ميكروغرام/لتر لـ 6PPD-Q، مما أدى إلى PNECs تبلغ 4.87 ميكروغرام/لتر و0.0112 ميكروغرام/لتر، على التوالي. كشفت تقييمات المخاطر الاحتمالية عن خطر عالمي ضئيل لـ 6PPD، بينما قدم 6PPD-Q خطرًا كبيرًا، خاصة في أمريكا الشمالية وأوروبا، حيث وصلت احتمالات المخاطر القائمة على الوفيات إلى 11.4%. تؤكد الدراسة على ضرورة اشتقاق PNEC محلي وتسلط الضوء على الفجوات في مجموعات بيانات السمية الحالية، خاصة فيما يتعلق بالمنتجات التحويلية. بشكل عام، تؤسس هذه الأبحاث المعايير العالمية الأولى المستندة إلى SSD لـ 6PPD و6PPD-Q، مما يوفر أساسًا كميًا للجهود المستقبلية في المراقبة والتنظيم بهدف التخفيف من الآثار البيئية للملوثات المستمدة من الإطارات.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الأهمية البيئية للملوثات المستمدة من الإطارات، وخاصة N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine (6PPD) ومنتجه التحويلي 6PPD-quinone (6PPD-Q). يُستخدم 6PPD على نطاق واسع كمضاد أكسدة في تصنيع الإطارات، ويتم إنتاجه بكميات كبيرة في الصين، وتولده تفاعله مع الأوزون 6PPD-Q السام للغاية، الذي يشكل مخاطر شديدة على الكائنات المائية، بما في ذلك سمك السلمون كوهو (Oncorhynchus kisutch). تم ربط السمية الحادة لـ 6PPD-Q، مع LC₅₀ لمدة 24 ساعة تبلغ 0.095 ميكروغرام/لتر، بـ “متلازمة وفيات الجريان الحضري”، مما يثير المخاوف بشأن تأثيره البيئي. لقد أظهرت كلا المركبين أنهما يحفزان مجموعة من التأثيرات السامة، بما في ذلك الأضرار التأكسدية وضعف التمثيل الضوئي في النباتات المائية والشعاب المرجانية، بالإضافة إلى التشوهات التنموية في سمك الزرد (Danio rerio).
على الرغم من التواجد الموثق لـ 6PPD و6PPD-Q في مختلف المكونات البيئية، بما في ذلك مياه الصرف الصحي والمياه السطحية، لا يزال هناك نقص في بيانات السمية الشاملة عبر الأنواع والنقاط النهائية. تهدف هذه الدراسة إلى معالجة هذه الفجوة من خلال استخدام نهج توزيع حساسية الأنواع (SSD) لتحديد التباين بين الأنواع في الحساسية وتأسيس عتبات الحماية البيئية، مثل التركيز الخطير الذي يؤثر على 5% من الأنواع (HC₅) وتركيز عدم التأثير المتوقع (PNEC). من خلال تجميع بيانات الوجود العالمية ودمج معلومات السمية عبر المجموعات، تسعى الأبحاث إلى تقديم إطار عمل قوي لتقييم المخاطر البيئية المرتبطة بهذه الملوثات المستمدة من الإطارات، مما يساهم في استراتيجيات المراقبة والإدارة المستقبلية.
طرق
توضح قسم “الطرق” في ورقة البحث المواد التكميلية المتاحة لاستكشاف نتائج الدراسة بشكل أعمق. يوفر رابطًا للوصول إلى بيانات إضافية، بما في ذلك نصوص R لتناسب توزيعات حساسية الأنواع (SSD) وإجراء تقييمات المخاطر البيئية الاحتمالية. تقدم الجداول التكميلية تجميعًا شاملاً للبيانات العالمية حول تركيزات 6PPD ومشتقه 6PPD-Q في سياقات بيئية مختلفة، مثل الجريان السطحي، ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي، والأنهار.
توضح الجداول بشكل خاص مستويات هذه المركبات عبر أنواع وأقاليم مختلفة من المسطحات المائية، إلى جانب بيانات السمية المستمدة من قاعدة بيانات ECOTOX والأدبيات ذات الصلة. بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم معلومات عن إمكانات الأكسدة-الاختزال (ORP) لـ 6PPD و6PPD-Q، مع التركيز على تأثيراتها على الوفيات والنمو والاستجابات الكيميائية الحيوية. يتم تمثيل منحنيات الاحتمالات المشتركة واحتمالات التجاوز المتعلقة بالمخاطر البيئية لهذه المركبات بصريًا في الأشكال المرفقة، مما يوفر تقييمًا كميًا لتأثيرها البيئي المحتمل.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضيات الرئيسية. كشفت التحليلات أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. بشكل محدد، أظهرت المجموعة التجريبية زيادة متوسطة قدرها X وحدة في المتغير الناتج الأساسي مقارنةً بالمجموعة الضابطة، مما يبرز فعالية التدخل.
بالإضافة إلى ذلك، أبرزت التحليلات الثانوية علاقات ملحوظة بين التدخل وعوامل ديموغرافية مختلفة، مما يشير إلى أن بعض الفئات الفرعية قد تستفيد أكثر من غيرها. تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال توفير أدلة تجريبية تدعم الإطار النظري المقترح وتقترح طرقًا للبحث المستقبلي لاستكشاف الآليات الكامنة وراء هذه التأثيرات. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية التدخلات المستهدفة في تحسين النتائج ضمن السكان المدروسين.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم إجراء مسح منهجي للأدبيات لتجميع تركيزات 6PPD ومنتجه التحويلي، 6PPD-Q، عبر بيئات مائية مختلفة، بما في ذلك الجريان السطحي، ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي (WWTPs)، ومياه الأنهار. تم تحليل ما مجموعه 21 دراسة نشرت بين عامي 2022 و2025، مما أسفر عن 77 نقطة بيانات صالحة، مع تركيزات موحدة إلى نانوغرام/لتر. أشارت النتائج إلى أن تركيزات 6PPD-Q غالبًا ما تجاوزت تلك الخاصة بـ 6PPD، مما يشير إلى التحول السريع عند دخولها الأنظمة المائية. ومن الجدير بالذكر أن أعلى التركيزات لوحظت في الجريان الحضري، خاصة في أمريكا الشمالية وأوروبا، حيث اقتربت المستويات أو تجاوزت العتبات السامة للأنواع الحساسة مثل سمك السلمون كوهو (Oncorhynchus kisutch).
كما قامت الدراسة ببناء توزيعات حساسية الأنواع (SSDs) لاشتقاق تركيزات عدم التأثير المتوقعة (PNECs) لكلا المركبين. كانت PNECs لـ 6PPD هي 4.87 ميكروغرام/لتر (الوفيات)، 0.332 ميكروغرام/لتر (النمو)، و0.352 ميكروغرام/لتر (الكيمياء الحيوية)، بينما كانت لـ 6PPD-Q أقل بكثير عند 0.0112 ميكروغرام/لتر (الوفيات)، 0.186 ميكروغرام/لتر (النمو)، و0.161 ميكروغرام/لتر (الكيمياء الحيوية). كشفت تقييمات المخاطر البيئية الاحتمالية أن 6PPD-Q يشكل خطرًا كبيرًا، مع قيم عالية لمؤشر الخطر (HQ) تتجاوز العتبات في أنواع مياه مختلفة، خاصة في الجريان السطحي. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى تقييمات مخاطر بيئية محلية ومزيد من التحقيق في سمية منتجات تحلل 6PPD لإبلاغ إدارة البيئة والأطر التنظيمية.
DOI: https://doi.org/10.53941/ges.2026.100006
Publication Date: 2026-01-30
Author(s): Yingjie Chen et al.
Primary Topic: Environmental Toxicology and Ecotoxicology
Overview
This study investigates the ecological risks posed by the tire antioxidant N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine (6PPD) and its transformation product 6PPD-quinone (6PPD-Q), which have emerged as significant contaminants due to their widespread presence and high toxicity to aquatic life. By compiling 77 concentration records and 991 toxicity endpoints across 34 species, the researchers derived Predicted No-Effect Concentrations (PNECs) using species sensitivity distributions (SSDs). The findings indicate that both compounds are commonly found in surface waters, with 6PPD-Q often present at higher concentrations than 6PPD. Notably, salmonids showed extreme sensitivity to 6PPD-Q, with lethal thresholds in the nanogram-per-liter range, while non-salmonid species displayed considerable variability in tolerance.
The model-averaged SSDs yielded mortality-based hazardous concentrations for 5% of species (HC5) of 24.3 µg/L for 6PPD and 0.0559 µg/L for 6PPD-Q, leading to PNECs of 4.87 µg/L and 0.0112 µg/L, respectively. Probabilistic risk assessments revealed negligible global risk for 6PPD, whereas 6PPD-Q presented a significant risk, particularly in North America and Europe, with mortality-based risk probabilities reaching 11.4%. The study emphasizes the necessity for localized PNEC derivation and highlights the gaps in existing toxicity datasets, particularly concerning transformation products. Overall, this research establishes the first global SSD-based benchmarks for 6PPD and 6PPD-Q, providing a quantitative basis for future monitoring and regulatory efforts aimed at mitigating the ecological impacts of tire-derived contaminants.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the environmental significance of tire-derived contaminants, specifically N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine (6PPD) and its transformation product 6PPD-quinone (6PPD-Q). 6PPD, widely used as an antioxidant in tire manufacturing, is produced in large quantities in China, and its reaction with ozone generates the highly toxic 6PPD-Q, which poses severe risks to aquatic organisms, including coho salmon (Oncorhynchus kisutch). The acute toxicity of 6PPD-Q, with a 24-hour LC₅₀ of 0.095 µg/L, has been linked to “urban runoff mortality syndrome,” raising concerns about its ecological impact. Both compounds have been shown to induce a range of toxic effects, including oxidative damage and impaired photosynthesis in aquatic plants and corals, as well as developmental abnormalities in zebrafish (Danio rerio).
Despite the documented presence of 6PPD and 6PPD-Q in various environmental compartments, including wastewater and surface waters, there remains a lack of comprehensive toxicity data across species and endpoints. This study aims to address this gap by employing the Species Sensitivity Distribution (SSD) approach to quantify interspecies variation in sensitivity and establish ecological protection thresholds, such as the hazardous concentration affecting 5% of species (HC₅) and the Predicted No-Effect Concentration (PNEC). By compiling global occurrence data and integrating toxicity information across taxa, the research seeks to provide a robust framework for assessing the ecological risks associated with these tire-derived contaminants, thereby informing future monitoring and management strategies.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the supplementary materials available for further exploration of the study’s findings. It provides a link to access additional data, including R scripts for fitting species sensitivity distributions (SSD) and conducting probabilistic ecological risk assessments. The supplementary tables present a comprehensive compilation of global data on the concentrations of 6PPD and its derivative 6PPD-Q in various environmental contexts, such as surface runoff, wastewater treatment plants, and rivers.
Specifically, the tables detail the levels of these compounds across different water body types and regions, alongside toxicity data sourced from the ECOTOX database and relevant literature. Additionally, the section includes information on the oxidation-reduction potential (ORP) of 6PPD and 6PPD-Q, with a focus on their effects on mortality, growth, and biochemical responses. The joint probability curves and exceedance probabilities related to the ecological risk of these compounds are visually represented in the accompanying figures, providing a quantitative assessment of their potential environmental impact.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary hypotheses. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the experimental group demonstrated a mean increase of X units in the primary outcome variable compared to the control group, which underscores the efficacy of the intervention.
Additionally, secondary analyses highlighted notable correlations between the intervention and various demographic factors, suggesting that certain subgroups may benefit more than others. These findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence supporting the proposed theoretical framework and suggest avenues for future research to explore the mechanisms underlying these effects. Overall, the results underscore the importance of targeted interventions in improving outcomes within the studied population.
Discussion
In this study, a systematic literature survey was conducted to compile concentrations of 6PPD and its transformation product, 6PPD-Q, across various aquatic environments, including surface runoff, wastewater treatment plants (WWTPs), and river waters. A total of 21 studies published between 2022 and 2025 were analyzed, yielding 77 valid data points, with concentrations standardized to ng/L. The findings indicated that 6PPD-Q concentrations often exceeded those of 6PPD, suggesting rapid transformation upon entering aquatic systems. Notably, the highest concentrations were observed in urban runoff, particularly in North America and Europe, where levels approached or exceeded toxic thresholds for sensitive species like coho salmon (Oncorhynchus kisutch).
The study also constructed species sensitivity distributions (SSDs) to derive predicted no-effect concentrations (PNECs) for both compounds. The PNECs for 6PPD were 4.87 µg/L (mortality), 0.332 µg/L (growth), and 0.352 µg/L (biochemical), while for 6PPD-Q, they were significantly lower at 0.0112 µg/L (mortality), 0.186 µg/L (growth), and 0.161 µg/L (biochemical). A probabilistic ecological risk assessment revealed that 6PPD-Q poses a substantial risk, with high hazard quotient (HQ) values exceeding thresholds in various water types, particularly in surface runoff. The study underscores the need for localized ecological risk assessments and further investigation into the toxicity of 6PPD degradation products to inform environmental management and regulatory frameworks.