Aplicaciones de la Ecotoxicología y Métodos de Estudio en Ecotoxicología
Escrito por Carlos H. Colangelo
Dr. Carlos H. Colangelo
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Primeramente debemos conceptuar a la Ecotoxicología, como una rama de la Toxicología, de intenso desarrollo actual y previsible futuro, dedicada a prever, evitar, evaluar y contribuir a la recuperación de los trastornos producidos en las interrelaciones de los elementos que constituyen un ecosistema, por efecto de agentes tóxicos; para ella, el objeto de su estudio no son los individuos (que pertenece como objetivo de la toxicología ambiental), sino el ecosistema globalmente considerado.
La ecotoxicología presenta la particularidad de la fusión entre la ecología y la toxicología , siendo R.Truhaut[1] , quien empleó por primera vez el término, con el siguiente concepto: Rama de la toxicología que estudia los efectos tóxicos causados por los contaminantes sobre los ecosistemas.
Diferenciamos la toxicología de la ecotoxicología , que la primera estudia el efecto de las sustancias sobre los organismos individuales mientras que la ecotoxicología estudia el efecto de los contaminantes sobre los ecosistemas.
Es muy importante tener en cuenta el concepto de bioindicadores y la importancia que ellos tienen en esta disciplina.
Bioindicadores
Un bioindicador es un ser vivo que indica las condiciones del medio en que vive.
Otra definición más precisa puede ser la siguiente : bioindicadores son aquellos organismos o comunidades en los que su existencia, sus características estructurales, su funcionamiento y sus reacciones , dependen del medio en que se desarrollan y cambian al modificarse las condiciones ambientales.
Los bioindicadores son sensibles a los cambios ambientales y reaccionan ante ellos como si fueran estímulos específicos.
La capacidad de respuesta de los bioindicadores depende de muchos factores, tales como :
- la composición genética del organismo, porque favorece o no la adaptación a los cambios.
- de su estado de desarrollo, ya que hay etapas en el ciclo vital que son más influyentes.
- por las propias condiciones ambientales, porque los estímulos pueden ser enorme mente variables y sus efectos no son siempre aditivos.
Por lo expuesto, todos los seres vivos responden a factores ambientales , por lo tanto todos pueden serlo.
Tipos de bioindicadores
Los bioindicadores pueden clasificarse atento a diferentes criterios:
1-Aquellos que atienden al grado de sensibilidad que muestran frente a los estímulos ambientales. Pueden clasificarse en especies muy sensibles, sensibles, sensibles, poco sensibles y resistentes.
2-Otro criterio es la forma de respuesta a los estímulos:
A-Detectores : Bioindicadores que viven naturalmente en el área y que presentan respuestas tales como cambios de vitalidad, mortalidad, capacidad de reproducción, etc,. etc , ante los cambios ambientales que se produzcan en su entorno.
B- Explotadores: Bioindicadores cuya presencia indica la probabilidad elevada de que exista una perturbación. Por ejemplo la abundancia de ciertas cianobacterias indica que las aguas están eutrofizadas.
C- Centinelas : Biomarcadores sensibles o muy sensibles, que se introducen artificialmente en un medio y actúan como alarmas , ya que detectan los cambios rápidamente.
D- Acumuladores : Bioindicadores que generalmente son resistentes a ciertos compuestos al ser capaces de absorberlos y acumularse en cantidades medibles.
E- Organismos Test o Bioensayos : Bioindicadores que se utilizan en el laboratorio a modo de reactivos para detectar la presencia y/o concentraciones de contaminantes.
3-Con el criterio de poder cuantificar la respuesta, los bioindicadores pueden ser :
Bioindicadores de sentido estricto: son aquellos que con su presencia o ausencia , indican los efectos de un factor ambiental de forma cuantitativa; pueden ser positivos, por su presencia y/o abundancia, como negativos , por su ausencia.
Biomonitores: son especies que indican la presencia de contaminantes o perturbaciones no solo de forma cualitativa, sino también cuantitativa, ya que sus reacciones son de alguna manera proporcionales al grado de contaminación o perturbación.
Las especies pueden ser biomonitores o bien porque reaccionan de una forma determinada y medible (reacciones manifiestas) o bien porque acumulen los contaminantes y lleguen a tenerlos en cantidades medibles, es decir por acumulación.
Biomarcador- será la parte integrante de un organismo vivo que aislada o no, responde ante la acción del contaminante.
Requisitos de los bioindicadores
- Dar respuesta de interés para el ecosistema que se está estudiando y que los parámetros a evaluar sean fácil de observar y medir .
- Dar respuestas distintas ante estímulos diferentes
- Deben ser fáciles de muestrear
- Seria preferente que fueran organismos de larga vida para poder muestrear diferentes grupos de edades, o el bioindicador ha de tener un tiempo de vida lo suficientemente largo como para que las respuestas se puedan manifestar.
- Solo deben tener como fuente de lo que se desea estudiar, aquello que proceda del foco de perturbación.
- Deben ser resistentes a la acumulación de contaminantes, permaneciendo vivos para poder observar sus respuestas , a menos que la mortalidad sea una de las variables a estudiar.
Ventajas del uso de bioindicadores
- Reflejan el complejo efecto de todos los factores ambientales en dicho medio.
- Muestran los efectos sobre los seres vivos y su potencial peligrosidad.
- Localizan las zonas de los ecosistemas donde las materias toxicas y contaminantes se acumulan.
Cuantificación experimental de los efectos ecotoxicológicos
Los estudios experimentales ecotoxicológicos fueron iniciados oportunamente por medio de la comprobación de efectos sobre determinadas especies , pero estas en el aislamiento , no responden a los contaminantes de una manera natural ya que las interacciones de organismos o poblaciones requieren conductas y respuestas fisiológicas que no son demostradas en el aislamiento , y además el rango de las respuestas a una sustancia química es mayor en los sistemas multiespecies que los de especie única.
Asimismo las sustancias químicas pueden sufrir alteraciones en sus propiedades por diversos componentes de los ecosistemas, biológicos o químicos, que pueden dar lugar a una acumulación o degradación de las sustancias químicas a estudiar.
Lo expuesto indica que hoy día es necesario el empleo de sistemas de prueba multiespecies para la evaluación de posibles efectos de las sustancias químicas en los ecosistemas.
Los métodos que se usan para detectar posibles efectos de las sustancias químicas en los ecosistemas pueden agruparse de la siguiente manera:
-Medición de cambios en la dinámica de poblaciones, con métodos de competición – donde interactúan dos especies en la que cada población afecta adversamente a la otra, en pugna por un recurso limitado.
-Estudios de los procesos del ecosistema, en estos se puede emplear como parámetros: la producción y consumo de gases, la descomposición de la materia orgánica, la nitrificación y la desnitrificación.
- Modelos matemáticos, existiendo dentro de estos tres últimos diferentes posibilidades como: modelo de simulación de ecosistemas que incorporan mayor representación de los procesos bióticos y abióticos; los modelos de multipoblaciones que no incorporan el fenómeno de transporte y sirven para medir efectos de las sustancias pero no el destino, y por último los modelos con metodología alternativa, con gran potencial para valorar los peligros de los compuestos químicos.
Monitorizaciones analíticas en Toxicología Ambiental
En virtud de la recopilación de datos y tratamiento de los mismos, en los últimos años se ha puesto en marcha la monitorización analítica que consta de cuatro etapas sucesivas:
- Automatización analítica
- Telemetría
- Automatización de datos
- Computarización
Las tres últimas fases no serán aquí discutidas , ya que pertenecen al campo de la tecnología industrial .
La toma de muestras se realiza de tal forma que los mismos tengan la consistencia estadística necesaria.
Asimismo el análisis de los contaminantes se ha automatizado para que la cantidad y complejidad de los análisis no desborden al analista.
Algunos ejemplos de los casos conseguidos según lo expresado en el párrafo anterior:
- Técnicas de quimioluminiscencia para detectar ozono y óxidos de nitrógeno
- Absorción infrarroja para detección de monóxido de carbono.
- Algunos organofosforados por medición de la actividad acetilcolinesterásica automatizada. ,etc,etc,
Esto refleja una rápida determinación de poluentes y una gran facilidad de acumular datos sobre ellos.
Efecto de los contaminantes sobre los organismos – Ensayos de toxicidad
Como se realiza un ensayo de toxicidad ?
Se expone un grupo seleccionado de organismos a diferentes concentraciones de una muestra en un determinado periodo de tiempo.
La muestra puede ser una sustancia pura, una mezcla de sustancias, sedimento,agua de río, etc, etc.
Peces: La prueba se basa en la determinación de efectos de intoxicación aguda (inmovilización o mortalidad), observados en un tiempo de exposición de 96 horas, en larvas de Brachydanio rerio (pez cebra) o en juveniles de Poecilia reticulata (“gupy”) , ambas especies de peces dulceacuícolas. O bien empleando otras especies autóctonas.
El bioensayo de toxicidad con semillas de lechuga (Lactuca sativa) es una prueba estática de toxicidad aguda (120 horas de exposición) en el que se pueden evaluar los efectos fitotóxicos de compuestos puros o de mezclas complejas en el proceso de germinación de las semillas y en el desarrollo de las plántulas durante los primeros días de crecimiento.
Como puntos finales para la evaluación de los efectos fitotóxicos, se determina la inhibición en la germinación y la inhibición en la elongación de la radícula y del hipocotilo.
Ensayo de toxicidad crónica con el alga Selenastrum capricornutum (Pseudokirchneriella subcapitata) por el método de enumeración celular basado en el uso de hemocitómetro Neubauer.
Disminución del crecimiento de algas- del genero Selenastrum
Cuando las células son expuestas a muestras que contienen contaminantes tóxicos su reproducción se afecta, alterando la tasa de crecimiento de la población de las algas. El efecto de inhibición de la población causada por los agentes tóxicos en una muestra luego de 72 horas de exposición, bajo Condiciones de temperatura controlada (24 ± 2ºC), se determina comparándolo con el crecimiento normal observado en un sistema libre de agentes contaminantes, conocido como control.
Dependiendo del número de concentraciones y réplicas preparadas para el desarrollo del experimento, se determina la CI50 – concentración inhibitoria 50- ,entre otras.
Ensayo de toxicidad aguda con bulbos de cebolla Allium cepa L mediante la evaluación de la inhibición del crecimiento promedio de raíces
Principio de la prueba
Cuando un bulbo de cebolla (Allium sp.) se rehidrata se produce una etimulación del crecimiento de las células, lo cual permite la elongación de las raíces de la planta. Sin embargo, cuando la hidratación se lleva a cabo en presencia de sustancias tóxicas, la división celular de los meristemos radiculares puede inhibirse, ya sea retardando el proceso de mitosis o destruyendo las células.
Este tipo de alteraciones generalmente impide el crecimiento normal de la raíz, y por tanto su elongación.
Se mide por lo tanto, la elongación de las raíces de los bulbos de tamaño uniforme.
Daphnias: Las Daphnia son utilizadas como organismos de prueba o de referencia en pruebas de toxicidad. La amplia distribución geográfica, el importante papel que cumplen al interior de la comunidad zooplanctónica, la facilidad de cultivo en el laboratorio, la reproducción partenogenética (lo cual asegura una uniformidad de respuesta), y el corto ciclo de vida con la producción de un alto número de crías, han hecho de este grupo un ideal para la evaluación de toxicidad, a nivel universal.
El género Daphnia se ubica dentro del orden cladócera de la clase crustácea, y especies como D. magna, D. pulex, y D. similis, son utilizadas extensivamente en pruebas de toxicidad, por lo cual existe una extensa información sobre las técnicas de cultivo, los requisitos de temperatura, luz y nutrientes, así como su respuesta a muchos compuestos tóxicos.
Específicamente, los ensayos de toxicidad con D. magna , permiten determinar la letalidad potencial de sustancias puras, aguas residuales domésticas e industriales, lixiviados, aguas superficiales o subterráneas, agua potable, y agua de poro de sedimentos, entre otros.
En las pruebas de toxicidad con D. magna, neonatos menores de 24 horas de edad son expuestos a la muestra o compuesto a probar, por un período de 48 horas, al término del cual se cuantifica el número de organismos muertos.
Con estos resultados se establece la proporción o porcentaje de mortalidad producida.
Información que brindan esos ensayos
El efecto nocivo detectado alerta sobre peligros potenciales sobre los ecosistemas como consecuencia de la exposición a estas sustancias (Norma IRAM 29102).
Para medir la toxicidad no se han desarrollado otros instrumentos – dado que solo puede evaluarse por medio de un ensayo con materia viva.
Existen diferentes procedimientos internacionales : EPA- ISO- ASTM y nacionales como IRAM para la realización de ensayos de toxicidad.
Los ensayos pueden ser agudos – durante todo su ciclo de vida, general- -mente cortos (mortalidad / inmovilidad ) o crónicos--- que abarquen 10% de la vida de los individuos (crecimiento /reproducción ,etc.).
Normas IRAM
IRAM 29012-16 - 2003 -Calidad Ambiental – Calidad de Agua – Muestreo – Parte 16- Guía para el Bioensayo de muestras.
IRAM 29111 - 2006 - Calidad ambiental - Calidad del agua. Método de ensayo de inhibición del crecimiento de algas verdes unicelulares de agua dulce.
IRAM 29130 - 2004 Calidad ambiental - Calidad del agua. Determinación de la inhibición de la movilidad de Daphnia magna Straus (Cladócera, Crustácea). Ensayo de toxicidad aguda.
Ecotoxicología y legislación ambiental
Una sustancia química, puede provocar un impacto a organismos terrestres y acuáticos , existiendo legislación que establece las concentraciones máximas para arrojar al medio ambiente , como por ejemplo : efluentes líquidos, efluentes gaseosos, caracterización de suelos y sitios contaminados ,etc.
Algunos ensayos se efectúan sobre el efluente como un todo WET- Whole Efluent Toxicity, teniendo la ventaja que evalúa la toxicidad conjunta de todos los tóxicos y no requiere conocimiento detallado de los sustancias presentes. Las limitaciones, es que principalmente no da información sobre la presencia de tóxicos específicos.
En normativas de la provincia de Buenos Aires y a nivel Nacional se encuentran numerosas leyes que contemplan aspectos que corresponden a la Ecotoxicologia. Por ejemplo en el Anexo III del Decreto 831 de la Ley 24051 de Nación y también en el Decreto Reglamentario de la Ley 11720 en Provincia de Buenos Aires que refiere a características de peligro de residuos peligrosos entre ellas la ecotoxicidad, que evidentemente tiene que ponerse de manifiesto a través de los ensayos pertinentes.
[1] Termino que comenzó a emplearse desde el año 1969.
