Ecotoxicología

Ecotoxicología Concepto: La ecotoxicología estudia el destino y los efectos de los contaminantes en los ecosistemas, intentando explicar las causas y prever los riesgos probables.

La Ecotoxicología prospectiva evalúa la toxicidad de las sustancias antes de su producción y uso además se ocupa de confirmar si la sustancia produce daños en el ecosistema.

Estudios de la ecotoxicología

Es una rama de la toxicología, conocida también por toxicología del medio ambiente o toxicología ambiental que estudia:

• La fuente de productos tóxicos o potencialmente tóxicos.
• Su movilidad y persistencia en el medio ambiente y cadenas tróficas.
• Su transformación bajo condiciones ambientales.
• Sus efectos sobre la dinámica de poblaciones de las especies afectadas.
  

Efecto de un toxico

El efecto causado por un tóxico dependerá de su toxicidad inherente (capacidad de causar algún efecto nocivo sobre un organismo vivo), del grado de exposición, que a su vez dependerá de la cantidad que ingrese, de cuánto pase a los distintos compartimientos del ecosistema y de su persistencia.

Resultante

La ecotoxicidad es la resultante de todo el estrés tóxico que actúan sobre el ambiente.

Principio

El principio de la ecotoxicología es que los organismos vivos son herramientas esenciales para la evaluación de la calidad ambiental, puesto que ellos son los que están expuestos a los efectos combinados de la ecotoxicidad. El uso de los métodos de evaluación biológica para detectar compuestos potencialmente dañinos comenzó a desarrollarse en los años 70.

Estrategias

Múltiples estrategias de observación y de experimentación se usaron para evaluar la respuesta al estrés químico. Las técnicas de efectos biológicos cubren todo el espectro de la actividad biológica y organización, desde la molécula hasta la comunidad.

Ensayos

Se realizan ensayos de toxicidad, principalmente en laboratorio, con organismos de una especie (uniespecíficos), de varias especies (multiespecíficos) o simulando microecosistemas (multitróficos). En general, se testean las sustancias tóxicas para determinar qué tan perjudiciales son y qué riesgo poseen para el ambiente.

Resultados de los ensayos

Los resultados de los ensayos se interpretan para definir efectos letales, subletales y crónicos de tales sustancias, y su tendencia a acumularse en tejidos vivos. El aumento de la resistencia a sustancias tóxicas por parte de los organismos (por adaptación evolutiva, fisiológica o cambios en el comportamiento) es uno de los factores que puede incidir en la dificultad para extrapolar al ambiente los resultados obtenidos en ensayos de laboratorio.

Por otra parte, se estudian una variedad de propiedades ecológicas estructurales y funcionales (bioindicadores) a distintos niveles de organización para caracterizar la respuesta a la contaminación química. La complejidad de los sistemas biológicos y su habilidad para compensar perturbaciones complica la interpretación de muchas técnicas basadas en efectos biológicos.

Tipos de contaminación

La contaminación puede ser: natural o antropogénica.

• Biología: producido por virus, bacterias, cianofícias, protozoos, hongos, vegetales... o sus metabolitos.
• Física: calor, radiaciones ionizantes o no ionizantes, campos magnéticos.
• Química: gases, hidrocarburos, metales, no metales, pesticidas, plásticos.
  

Causas antropogénicas de la contaminación

• Las actividades productivas: la explotación de recursos renovables y no renovables, la agricultura y la industria.
• Las actividades no productivas: transporte, actividades domésticas, servicios.
• Los procesos sociales y culturales: urbanización, crecimiento demográfico, economía de consumo.
  

Procedencia de los residuos industriales

Estos residuos industriales proceden de la industria química y petroquímica, industria del automóvil, industria del papel.

Fases y respuestas individuales y de la población al estrés ambiental

• Primera fase: Alarma.
  • La adaptación todavía no se requiere (respuestas a corto plazo).
  • Cambios principales fisiológicos (niveles de hormonas) y de comportamiento (comportamiento migrador) en un medio ambiente que no es óptimo.
• Segunda fase: resistencia.
  • La adaptación es óptima (respuesta a largo plazo)
  • Adaptación de enzimas.
  • Unión a proteínas de los metales (metalotioneinas: proteínas de bajo peso molecular y muy ricas en cisteína (S), muchos metales son tóxicos por su afinidad a sulfuro. Es una función de defensa.
  • Inducción de las oxidasas de función mixta (MFO).
  • Cambios en la estrategia reproductiva.
  • Acción selectiva sobre la población favoreciendo la supervivencia de los individuos más resistencias.
  • Normalmente por la proteína p450 que oxida las sustancias.
• Tercera fase: agotamiento.
  • La adaptación se pierde (se produce colapso y muerte).
  • Fracasan las funciones bioquímicas esenciales que comportan desórdenes funcionales y muerte.
  • Gradual disminución de la población hasta llegar a su extinción.
    

Animales como centinelas de polución de ecosistemas

El centinela para advertir a tiempo una situación potencial de peligro. Las especies centinelas: especies que sirven para demostrar la presencia de contaminantes en el medio en el que viven y el grado de exposición. Pueden ser plantas, invertebrados, peces, reptiles, pájaros, mamíferos.

• Los centinelas:
  • Monitorización química: causa.
  • Monitorización biológica: efecto.
    

Los criterios de selección

• Distribución geográfica y ecológica amplia (permite la comparación).
• Sedentarias.
• Población muy numerosa.
  

La distribución es limitada, pero interés por posición de la cadena trófica, por el hábitat, por su bioquímica especial. La población poco numerosa o especie protegida, pero posibilidad de trabajar con un número significativo de animales, sin necesidad de capturarlos con este propósito.

Biomonitorización química

Propuesta para utilizar los mejillones y ostras capturados en diferentes sititos del mundo para monitorizar la contaminación por diferentes compuestos inorgánicos y orgánicos. Utilizando métodos más o menos parecidos con el objetivo para poder después comparar los resultados.

Entre los contaminantes analizados destacan ciertos metales pesados y determinados residuos organoclorados (Aldrín, Endrín, Dieldrín, DDT y compuestos relacionados, lindane y otros hexaclorociclohexanos, clordanos, heptacloro, heptaclor-epóxido, metoxicloro, mirex, hexaclorobenzeno y PCBs).

Biomarcadores en toxicología

Utilización de fluidos corporales, células o tejidos para indicar, en términos moleculares o bioquímicas, la presencia y magnitud de la exposición a los tóxicos a través de la respuesta del organismo receptor.

• Biomarcadores de exposición: aquellos que indican si la exposición a un tóxico ha tenido lugar y en qué grado. Ej: adducter (reaccón de síntesi) con DNA o hemoglobina.
• Biomarcadores de respuesta: cambio (bioquímca, genética, fisiología...) de importancia toxicológica real o potencial aparecido como consecuencia de la exposición a un tóxico. Idealmente debería detectar posibles efectos adversos antes de que estos sean irreversibles.
• Biomarcadores de susceptibilidad: son todos aquellos que indican si un organismo o individuo pueden ser más o menos susceptible a los efectos adversos resultantes de la exposición a un determinado tóxico. Ej: diversos polimorfismos (Acetiladores lentos / rápidos, receptor H).
  

Tipos de marcadores biológicos de respuesta

• Daño genético (daño cromosómico, mutaciones).
• Inducción de sistemas de detoxificación (sistema de oxidasas de función mixta (MFO), proteínas que se unen a metales, enzimas protectores frente a radicales libres...).
• Inhibición de enzimas o rutas enzimáticas específicas (síntesis del grupo hemo, acetilcolinesterasas).
• Función del sistema inmunitario.
• Morfología y función de tejidos, órganos o sistemas (cambios histopatológicos, alteraciones de la función fisiológica).
  

Bioacumulación, bioconcentración y biomagnificación

• Bioacumulación: absorción y retención de un contaminante por parte de un organismo respecto al medio en el que vive.
• Bioconcentración: absorción y retención de un contaminante por parte de un organismo respecto al medio en el que vive, sin que intervengan las rutas dietarías de exposición. Generalmente aplicado a organismos acuáticos.
  
  • La hidrofobicidad es el principal factor determinado de la bioconcentración. El agua es el mejor disolvente que hay.
  • El agua de río es un reflejo de todo su entorno.
  • Los mustélidos son muy sensibles a los contaminantes. Si no hay nutrias, es un desastre.
  • Existen sustancias poco tóxicas pero que tienen una bioconcentración muy alta.
    
• Biomagnificación: incremento de la concentración de un contamínate en los tejidos de los organismos en sucesivos niveles tróficos superiores.
  • Los vientos superiores son los grandes depredadores. Se estudian porque se les puede extrapolar lo que nos pasa a nosotros.
    

Ejemplo de biomagnificación

• DDT. Paul Hermann Müller 1899-1965 descubre sus propiedades insecticidas en el 1939. El crisantemo (piretroides) era Asiático se buscaban productos artificiales. Fue comparado con el descubrimiento de la penicilina.
  

Características

• Era barato de fabricar y aplicar. Muy tóxico para insectos y otros invertebrados, poco tóxicos para homeotermos.
• No es hidrosoluble: no desaparece con la lluvia.
• Tiene una elevada persistencia medioambiental.
• Utilizado masivamente e indiscriminadamente.
• Los organofosforados y carbamatos necesitan muchas más veces de aplicación al año.
• Es un producto orgánico y dorado e hidrocarburado. El Cl es muy activo. No lo sintetizan ni lo catabolizan los enzimas. Cuando apareció, no había enzimas para metabolizar sustancias orgánicas cloradas. Los pocos que sí que los tenían (DDT-DDE), se ven favorecidos.
  

Actualmente el que hay ahora es el DDE. El DDE es más lipófilo que el DDT. La vía del DDA es más polar y se puede excretar y se biomagnifica menos.

Otros Ejemplos

• En las águilas hay 25 ppm que comen peces. Se incrementan 107 veces.
• Los PCBs (bifenilos policlorados) tienen diferentes problemas. Son muy parecidos a los DDT. Los grandes predadores finales somos los humanos.
• La leche materna era apta para el consumo. Pero sobre mujeres era más elevado y se reguló demasiado justo.

Efectos crónicos de la contaminación de los organoclorados

Una de las razones para prohibir el DDT y otros eran los efectos en rapaces. Se observó cambios de comportamiento, anorexia, inmunosupresión (incremento de susceptibilidad a infecciones), potenciales carcinógenos, potenciales disruptores hormonales, embriotoxicidad, reducción del grosor de la cáscara del huevo es más frágiles y menos repoblación. A partir de los 1970-1980 se empieza a recuperar porque los niveles están disminuyendo. Se llegaron a niveles brutales. Se van recuperando poco a poco.

Se evalúa el efecto que pueda tener sobre el medio ambiente la introducción en el mismo de productos (químicos y biológicos) de uso agrícola, a través del desarrollo de estudios ecotoxicológicos en distintos niveles tróficos del ecosistema. El trabajo esta estructurado en dos grupos: ecotoxicología acuática y ecotoxicología terrestre, integrados ambos por personal altamente especializado. Contamos con una basta experiencia en el tema así como con resultados importantes que avalan la misma.

Misión del Centro Nacional de Toxicología (CENATOX)

El servicio de evaluaciones toxicológicas y medio ambiente cumple las siguientes misiones:

• Desarrollar protocolos de investigación toxicológicas de productos biológicos y químicos utilizando organismos acuáticos y terrestres e implementando el sistema de Buenas Prácticas de Laboratorio.
• Mantenimiento y cría de algunas de las especies utilizadas en los ensayos.

Brindar asesoramiento técnico en toxicología experimental y ecotoxicología.

• Ejecutar dictámenes a expedientes de plaguicidas químicos y biológicos, así como fertilizantes para su registro en el país.
• Efectuar estudios de investigación y desarrollo de nuevos ensayos ecotoxicológicos en correspondencia con el desarrollo biotecnológico de nuestro país.
• Efectuar servicios de evaluaciones ecotoxicológicas y mutagénicas de ensayos estandarizados y acreditados.
• Evaluación de riesgo ecotoxicológico de plantas transgénicas.
• Centro Coordinador de la Red Nacional de Ecotoxicología.
• Grupo de ecotoxicología acuática.
• Grupo de ecotoxicología terrestre.
  

En cada grupo de trabajo se desarrollan estudios de ecotoxicidad en distintos niveles tróficos del ecosistema, donde se evalúan los efectos de los productos luego de la administración a dosis única de los xenobióticos en los que se determinan los signos tóxicos y la mortalidad.

Aspectos

Para ello se tienen en cuenta los siguientes aspectos:

• Exposición de grupos de organismos de una misma población, en buenas condiciones de salud y con aclimatación previa.
• Mantenimiento de condiciones ambientales constantes y estandarizadas.
• Exposición a concentraciones graduadas del agente externo.
• Grupos control adecuados.
• Medición y registro detallado de efectos biológicos en grupos control y tratados.
• Observación patológica de grupos control y tratados.
• Análisis estadístico de resultados.
  

Estudios de investigación

Se desarrollan estudios de investigación y desarrollo en la temática ecotoxicológica tanto en organismos acuáticos como terrestres, dentro de ellas podemos mencionar los siguientes ejemplos:

• Montaje de la técnica de micronúcleo en peces.
• Optimización de las condiciones de desove en peces.
• Utilización de embriones de peces como método alternativo en la ecotoxicología.
• Implementación de la técnica de fertilización in vitro en huevos de ranas.
• Obtención de una solución natural en sustitución de químicos para el cultivo y mantenimiento de organismos acuáticos.
• Obtención de líquido celómico como marcador del daño en lombriz de tierra.
• Estudios de monitoreo ambiental.
• Coordinación de la Red de Laboratorios de Toxicología Preclínica para la evaluación de medicamentos.
• Formación y coordinación del Grupo de Ecotoxicología de la Sociedad Cubana de Toxicología.
• Coordinación de la Red de Laboratorios de Ecotoxicología para el Programa Nacional de Biotecnología Agropecuaria.
• Creación del Sistema de Ensayos de Ecotoxicología para la evaluación ecotoxicológica de bioproductos en Cuba.
• Asesoramiento al Registro Nacional de Fertilizantes.
• Colaboración con el Instituto de Farmacia y Alimentos de la Universidad de la Habana.
  

Evaluación de productos de uso agrícolas

Organismos acuáticos:

• Toxicidad aguda en peces de agua dulce.
• Toxicidad aguda en anuros.
• Toxicidad aguda en plantas acuáticas.
  

Organismos terrestres:

• Toxicidad aguda en lombriz de tierra.
• Toxicidad aguda en abejas.
• Toxicidad aguda en insectos benéficos.
  

Medio Ambiente y Alimentos

• Principal fuente y vía de intoxicación.
• Todo está mesclado.
• Antiguamente pensaban que los diferentes compartimentos de la biosfera estaban separados y eran independientes. La solución a la contaminación era la dilución.
  

Criterio actual

El criterio actual es que todos los compartimentos de la biosfera están interrelacionados y lo que pase en uno, tarde o temprano, repercute en los otros. Se aplica el principio de precaución si un agente hace daño en unas situaciones, no hace falta demostrarlo, sino que se extrapola.

Repercusiones Sociales y Legales de la ecotoxicología

Aunque es una disciplina relativamente moderna, ha adquirido en los últimos años una gran importancia. Las conclusiones de sus estudios suelen tener, en general, un gran impacto en la sociedad y son la base para el establecimiento de leyes específicas sobre el tema.

Fuente

• www.ine.gob.mx
• www.ingenieroambiental.com.Iingenieroambiental
• www.aae.org.ar.Aae
• www.cenatox.sld.cu
  .Cenatox]