Curso Ecología y Problemática Ambiental MS-1114 Prof. Rocío Ugalde maria.ugalde.salazar@una.cr
Instituto Regional de Estudios en Sustancias Tóxicas Universidad Nacional
Escuela de Ingeniería en Seguridad Laboral e Higiene Ambiental Instituto Tecnológico de Costa Rica
TEMA IX Principios de Ecotoxicología 1) Definición de Ecotoxicología 2) Estudios Ecotoxicológicos 3) Evaluación de la exposición a contaminantes
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1) ECOTOXICOLOGÍA
• Truhaut, (1969) utiliza la palabra ecotoxicología como una extensión de la toxicología hacia los efectos ecológicos de los contaminantes. • La define como el estudio de los efectos tóxicos sobre los ecosistemas.
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1) Ecotoxicología Cont.
Química Ambiental
Ecología
Toxicología •Sustancias y sus efectos tóxicos
Ciencia multidisciplinaria que estudia efectos de sustancias contaminantes en el ecosistema
Dinámica de la población
1) Ecotoxicología Cont.
Disciplinas de la Ecotoxicología y áreas de investigación QUIMICA
TOXICOLOGIA
ECOLOGIA
Evaluación de exposición
Evaluación de efectos
Estructura de comunidades
Modelos de destino ambiental
Funciones de comunidades
Modelos farmacocinéticos
Dinámica de poblaciones
Estadísticas de LC y NOEC
Modo de acción de toxinas Transporte
MATEMATICAS
Bioacumulación Particionamiento
Biotransformación Extrapolación
Transformación
van Leeuwen & Hermens, 1995
Reciclaje de nutrientes/energía
Extrapolación especie-especie
Interacciones varias
Modelos de poblaciones y ecosistemas
1) Ecotoxicología Cont.
ECOTOXICOLOGÍA a) Prospectiva: “Predicción de riesgos ambientales” cuyo fin es determinar toxicidad potencial de sustancias contaminantes en todos los niveles de organización biológica antes de su producción y uso (LaboratorioCampo). b) Retrospectiva: el fin es estudiar ecosistemas ya impactados (Campo).
2) ESTUDIOS ECOTOXICOLÓGICOS • El monitoreo ambiental:Es un procedimiento para detectar la presencia y cuantificar las concentraciones de los contaminantes en los diferentes compartimentos del ecosistema, incluyendo al aire, agua, suelo y sedimentos. • El monitoreo biológico: consiste en evaluar los efectos adversos de los contaminantes sobre los individuos, poblaciones, comunidades y ecosistemas que han estado expuestos.
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2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
• Usualmente las pruebas en el laboratorio involucran la administración de un compuesto como tal a una población de una especie particular en condiciones controladas. • En este tipo de ensayos la población en estudio es aislada de las interacciones con otros organismos, compuestos y factores ambientales, es decir, se utiliza un sistema simplificado que permite conocer con mayor facilidad los efectos atribuibles a una sustancia.
• En las pruebas en el laboratorio generalmente se emplean componentes subcelulares (enzimas, ácidos nucleicos, etc), células aisladas, secciones de tejidos u organismos completos. 9:04 AM
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
•En los estudios de campo se evalúan los impactos de los contaminantes sobre los organismos que representan varios niveles tróficos en el ecosistema, bajo las condiciones reales que se presentan en el ambiente. •Entre las respuestas que pueden evaluarse en los estudios de campo se encuentran: la reducción en la productividad o generación de biomasa, la disminución de la abundancia y distribución de especies, los cambios en la estructura trófica, etc.
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RELEVANCIA ECOLOGICA ALTA
NIVELES DE ORGANIZACIÓN
ECOSISTEMA
POBLACIÓN ORGANISMOS SISTEMAS ORGANOS TEJIDOS
CELULAS MOLECULAS RELEVANCIA ECOLÓGICA BAJA
BIOQUÍMICO Incremento tiempo respuesta Incremento dificultad para asociar a un tóxico específicos
Incremento en la importancia
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
Toxicidad • Toxicidad es la interrupción de la homeostasis de una célula que lleva a una alteración del estado morfológico o muerte. “Capacidad de una sustancia de ejercer un efecto nocivo sobre los organismos, el efecto depende de la duración y la frecuencia de exposición al tóxico”. • Respuesta tóxica es cualquier cambio que produce una lesión celular permanente. Estímulo es severo y persistente = muerte.
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
Magnitud de la respuesta tóxica • Exposición (dosis, tiempo, ruta y vía de exposición). • Organismo expuesto (edad, sexo, estado fisiológico, nutricional, salud). • Medio ambiente (localización geográfica, pH, temperatura, oxígeno, partículas suspendidos). • Sustancia misma (vida media, propiedades físicas y químicas).
2) Estudios Ecotoxicol贸gicos Cont.
Pruebas de Toxicidad o Bioensayos
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2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
Prueba para establecer la naturaleza y la magnitud del efecto que producirá un agente dado cuando los organismos o sistemas biológicos son expuestos a él. APLICACIONES: • El establecimiento de niveles permisibles de contaminantes liberados al ambiente. • El establecimiento de sitios prioritarios que requieran acciones de limpieza. • La determinación de impactos ambientales mediante uso de biomarcadores. • La evaluación y predicción del efecto de nuevos productos químicos en el ambiente. • Los estudios de biodisponibilidad y bioconcentración de contaminantes. • La comparación de sensibilidad de varias especies de organismos a un compuesto dado. • La evaluación de la efectividad de los sistemas de tratamiento de agua y el establecimiento de las condiciones óptimas de operación de las plantas tratadoras. • La evaluación de la eficiencia de los métodos de remediación de suelos.
2) Estudios Ecotoxicol贸gicos Cont.
Clasificaci贸n de los bioensayos
8:00 AM
2) Estudios Ecotoxicol贸gicos Cont.
8:00 AM
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
Comparación entre los tipos de pruebas Agudas Exposiciones concentraciones que producen la muerte. Mortalidad: 24-96 h LC50/LD50. Exposición: sin alimento Alta dosis, poco tiempo Baratas
Crónicas Exposiciones de mayor duración (inclusive un periodo de desarrollo vitalicias o por periodos de más de una generación). Reproducción, desarrollo, crecimiento: 14-21 días LOEC, NOEC Exposición: con alimento Bajas dosis, largas Caras
3) Evaluaci贸n del Efecto T贸xico
8:00 AM
3) Evaluaciรณn del Efecto Tรณxico Cont.
Tipos de Efectos โ ข Directos: mortalidad, inhibiciรณn crecimiento, inhibiciรณn reproducciรณn, cambios morfolรณgicos, fisiolรณgicos o histolรณgicos (a nivel de especie). โ ข Indirectos: alteraciรณn de procesos, cadena alimenticia, inaniciรณn (ecosistemas).
3) Evaluación del Efecto Tóxico Cont.
Ensayos Biológicos • Son herramientas de diagnóstico adecuado para determinar el efecto de agentes físicos y químicos sobre organismos de prueba bajo condiciones experimentales específicas y controladas.
• La toxicidad evaluada es el resultado de la interacción entre la sustancia y el sistema vivo.
3) Evaluación del Efecto Tóxico Cont.
Ventajas y Desventajas (Laboratorio vs Campo) Tipo
Ventajas Existen metodologías estandarizadas
Comparación de especies de Laboratorio diferentes niveles tróficos
Campo
Diferencia de la realidad Imposibilidad de predecir efectos en condiciones de campo
Posibilidad de seleccionar especies más sensibles
Aplicable solo en especies probadas
Los resultados pueden correlacionarse con los datos físico químicos
Incapacidad de aislar los factores adicionales
Proporciona evidencia incuestionable No utilizable para pruebas de del deterioro hipótesis Indica los contaminantes responsables de la afectación
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Desventajas
3) Evaluación del Efecto Tóxico Cont.
Organismos más utilizados en pruebas de toxicidad
Microalgas
Abejas
Daphnias Aves
Peces
Lombrices de tierra
Hidras Anfípodos Mamíferos
Colémbolo
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
Requisitos organismos de prueba • Conocer la biología, fisiología, hábitos nutricionales. • Sencillo mantener y cultivar en condiciones de laboratorio. • Alta disponibilidad y abundancia (distribución geográfica y dominancia en el medio). • Estabilidad genética y uniformidad de las poblaciones.
•Ciclos de vida cortos. •Alta y constante sensibilidad a tóxicos. •Disponibilidad a lo largo del año. •Especies importantes: ecológico, comercial y recreacional. •Representativos del ecosistema a evaluar
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
Pruebas de Toxicidad • Propósito principal de las pruebas de toxicidad: obtener información útil para lograr la protección de los organismos de una especie o de las comunidades que integran la biota de un ecosistema.
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
Características comunes de todas las pruebas • Exposición al tóxico de grupos de organismos: misma población, saludables, aclimatados a las condiciones del ensayo. • Organismos mantenidos bajo condiciones ambientales constantes y estandarizadas antes y durante el ensayo (pH, temperatura, salinidad, OD, fotoperiodo, calidad de agua). • Exposición a concentraciones graduadas del agente tóxico. • Disposición de grupos control adecuados. • Observación minuciosa de los signos de toxicidad presentes. • Análisis estadístico apropiado de los datos obtenidos.
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
Pruebas de toxicidad ¿Cómo se realizan? • Se expone un grupo de organismos a un rango creciente de concentraciones del contaminante objeto de estudio durante un periodo de tiempo. •Se mide sobrevivencia, crecimiento, reproducción.
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
Pruebas de toxicidad ¿Qué se mide? NOEC: concentración mas alta del tóxico, a la que se exponen los organismos durante todo o parte de su ciclo de vida, que no causa efecto, después de un determinado periodo de exposición. LOEC: es la menor concentración del tóxico, al cual se exponen los organismos durante todo o parte de su ciclo de vida, que causa un efecto adverso observable, en un tiempo de exposición.
2) Estudios Ecotoxicológicos Cont.
LC50: Concentración de un tóxico que causa la muerte del 50% de la población, en tiempo X. EC50:concentración estimada de tóxico que podría causar la reducción en un 50% de un parámetro biológico, en periodo de exposición determinado. UT(unidad tóxica): unidad que expresa la transformación de relación inversa de la toxicidad, obtenida por la ecuación:
UT= 100/CL50
Rutas de ingreso de una sustancia al organismo • Sistema respiratorio • Ingesta de agua y alimento (tracto gastro-intestinal). • Absorción cutánea (piel).
Laboratorio de Estudios Ecotoxicol贸gicos Alga, Semillas lechuga
Hydras
Clad贸ceros, Anfipodas
Control de Calidad Crecimiento y Reproducci贸n Control de Calidad Controles Positivos: t贸xico conocido Pruebas de Toxicidad Muestras Ambientales
3) Evaluación del Efecto Tóxico Cont.
Bioensayo con microalgas Clasificación taxonómica Reino:
Plantae División:Chlorophyta Clase: Chlorophyceae Orden: Chlorococcales Familia: Scenedesmaceae Género: Selenastrum Especie: S. capricornutum
Pseudokirchneriella subcapitata
3) Evaluación del Efecto Tóxico Cont.
Cuando se expone a muestras líquidas que contienen tóxicos, se produce una inhibición en el crecimiento del alga, en relación a un alga sin exposición (control).
Selenastrum capricornutum 3 días exposición
Selenastrum capricornutum Inhibición del Crecimiento
Alga expuesta
Control
3) Evaluaci贸n del Efecto T贸xico Cont.
Bioensayos agudos empleando Lactuca sativa
Crecimiento Germinaci贸n
Longitud: ra铆z y tallo
3) Evaluaci贸n del Efecto T贸xico Cont.
Inicio de la prueba
Distribuci贸n de las semillas para la ejecuci贸n de la prueba.
3) Evaluaci贸n del Efecto T贸xico Cont. Final de la Prueba
Quinto d铆a del ensayo con Lactuca sativa
3) Evaluación del Efecto Tóxico Cont.
Mediciones
A: nódulo radicar; B: ápice de la raíz; C: plántula; D: raíz
3) Evaluación del Efecto Tóxico Cont.
Bioensayos Daphnia magna • • • • • • • •
Reino: Animal Phylum: Arthropoda Clase: Crustacea Subclase: Brachiopoda Orden: Diplostraca Suborden: Cladocera Familia: Daphnidae Género y especie: Daphnia magna
3) Evaluaci贸n del Efecto T贸xico Cont.
Las Daphnias se usan en pruebas agudas y cr贸nicas
11:11 AM
3) Evaluaci贸n del Efecto T贸xico Cont.
11:11 AM
3) Evaluación del Efecto Tóxico Cont.
Bioensayos con Hydras • • • •
Reino: Animal Phylum: Cnidaria Clase: Hydrozoa Familia: Hydridae
3) Evaluaci贸n del Efecto T贸xico Cont.
11:12 AM
3) Evaluaci贸n del Efecto T贸xico Cont.
3) Evaluaci贸n del Efecto T贸xico Cont.
11:12 AM
Estudios de campo Son estudios de casos naturales de contaminación. En los que cierto grado de control experimental se tiene que dar. – exponer animales al gradiente de contaminación. – relacionar la concentración de las sustancias detectadas en el análisis químico con las respuestas tóxicas a nivel de la población. – Los cambios en las poblaciones y comunidades se pueden identificar con “ Índices bióticos”, tales como la predicción y clasificación de los invertebrados de un río o un análisis estructural de las comunidades. – El desarrollo de resistencia a las sustancias químicas puede generar cambios genéticos que pueden ser medidos y relacionados con su causa original.
Microcosmo/mesocosmos • Micro/mesocosmos: sistemas pequeños controladas que provee cierto simulación de las condiciones ambientales naturales (simulación del mundo real).
• Poblaciones o comunidades modelo que simulan pero no replican el mundo real pueden ser establecidas en el laboratorio o en el campo. • Ventaja: permite réplicas. Simulan el “mundo real”, se usan para correr experimentos controlados con adecuado # de réplicas y pueden demostrar los efectos de las sustancias químicas en los procesos ecológicos.
Microcosmo/mesocosmos Sirve para determinar efecto del tóxico sobre procesos ecológicos como, ciclo del carbono y ciclo de nutrientes. Desventaja: El mayor problema de éstos estudios es la interpretación de los datos y relacionarlos con el “mundo real”.
Tomado de internet: www.mundoacuariofilo.org
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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