Loe raamatut: «Manual práctico de ensayos de toxicidad en medio acuático con organismos del género Daphnia»

ISBN: 978-958-8572-09-3

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Introducción

Los ensayos de toxicidad son pruebas diseñadas para evaluar la potencia relativa de un agente o una sustancia contaminante sobre una o más especies de organismos de los sistemas biológicos acuáticos y terrestres, al tiempo que permiten caracterizar la relación concentración-respuesta entre el agente contaminante y el organismo sometido a prueba. La toxicidad de una sustancia es la propiedad que tiene esta de causar daños a la salud humana o la muerte de un organismo vivo, mediante la comparación del efecto del agente con el de una solución patrón o estándar.

Los resultados de las pruebas de toxicidad en sistemas acuáticos constituyen un criterio importante para determinar el efecto y el riesgo de la descarga de sustancias contaminantes sobre los ecosistemas acuáticos, así como para establecer valores límites permisibles para el control de sustancias tóxicas que son incorporadas a los ecosistemas acuáticos.

Con el auge de la ecotoxicología —ciencia que predice los efectos de los agentes potencialmente tóxicos en los ecosistemas naturales (Hoffman, 1995)— se ha reforzado la idea de realizar monitoreos y pruebas de toxicidad para la detección, predicción y control de los efectos de diferentes tipos de sustancias sobre los ecosistemas, en particular, el acuático.

La evaluación más común de la toxicidad es la medida de la letalidad a corto plazo. Para una sustancia o vertimiento dado, esta medida implica la determinación de la concentración media que es letal para una porción fija (50%) de una población de organismos de prueba, después de una exposición continua durante un tiempo fijo denominada CL50 (concentración letal media).

Los organismos pertenecientes al género Daphnia son ampliamente utilizados como especie test o de referencia para la realización de pruebas de toxicidad, ya que son representantes importantes de la comunidad zooplanctónica, presentando generaciones cortas, con altas tasas reproductivas, de fácil aclimatación a condiciones de laboratorio (Bruce, 2005).

El procedimiento para la realización de las pruebas de toxicidad acuática, generalmente, incluye las siguientes fases:

1) selección y ubicación del sitio de muestreo de organismos de prueba;

2) recolección de organismos de prueba;

3) verificación del tipo de microorganismo seleccionado;

4) cultivo y mantenimiento de los organismos de prueba;

5) alimentación de los organismos de prueba;

6) preparación del medio de cultivo para algas y centrifugación de algas verdes;

7) preparación del agua reconstituida;

8) preexperimentación (pruebas de sensibilidad y pruebas preliminares);

9) determinaciones físico-químicas de las condiciones de los ensayos;

10) experimentación;

11) obtención y cálculo de la CL50 para el tiempo de exposición preestablecido.

La información obtenida de las pruebas de toxicidad en un medio acuático puede aplicarse al establecimiento de criterio de calidad del agua, asegurando niveles de concentración de sustancias cuestionables, y en la evaluación del posible impacto de sustancias sobre el medio acuático, con el fin de reglamentar la calidad de efluentes específicos para establecer un límite aceptable o para determinar el grado de tratamiento de vertimientos industriales en su lugar de origen.

El presente manual es el resultado de la dedicación y experiencia de los investigadores del Laboratorio de Bioensayos, a partir de un proyecto de investigación realizado en la Universidad de La Salle en el año 2007, que utilizó como sustancias tóxicas el arsénico (As) y el níquel (Ni), y como organismo de prueba la pulga de agua o Daphnia pulex. En tal sentido, se presentan los siguientes protocolos como ayuda fundamental para la realización de pruebas de toxicidad, tanto de sustancias químicas puras, como de efluentes, lixiviados, agua potable y aguas naturales superficiales y subterráneas.

Los protocolos descritos incluyen los procedimientos desde el montaje del cultivo y mantenimiento de los organismos de prueba, así como la realización de pruebas de toxicidad, sensibilidad del organismo utilizado y validación de los resultados, que comprenden las recomendaciones de entidades internacionales, tales como la CETESB (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental 'Compañía de Tecnología de Saneamento Ambiental', 1992); la USEPA (United States Environmental Protection Agency 'Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos), 1994), y la ASTM (American Section of the International Association for Testing Materials, 1986); por lo cual se obtuvo una base teórico-práctica para la realización de futuros estudios que ayuden a conocer los límites permisibles de las diferentes sustancias presentes en un cuerpo de agua para su posterior aplicación en la regulación que, por parte de las entidades del Estado, están a cargo de la protección del medioambiente acuático.

Los protocolos que incluyen el presente manual de pruebas de toxicidad acuática son:

LB01 Preparación del agua reconstituida.

LB02 Preparación del medio Bristol y cultivo de algas verdes.

LB03 Conteo de algas con la cámara Neubauer.

LB04 Mantenimiento del cultivo Daphnia pulex.

LB05 Pruebas de toxicidad.

LB06 Análisis de resultados mediante el método probit.

LB07 Análisis de varianza (Anova).

1. Glosario de términos

Aditividad. Es la toxicidad de una mezcla de agentes químicos que es aproximadamente equivalente a aquella esperada por la simple suma de las toxicidades de los agentes químicos individuales presentes en la mezcla.

Antagonismo. Es el fenómeno en el cual la toxicidad de una mezcla de agentes químicos es menor del esperado por la simple suma de la toxicidad de los agentes químicos individuales presentes en la mezcla.

Bioacumulación. Término genérico que describe el proceso por el cual los agentes químicos son absorbidos y retenidos por los organismos a partir del ambiente en que viven o por medio de su alimentación.

Biodisponibilidad. Propiedad del agente químico que determina el efecto tóxico en el organismo. La reducción de la biodisponibilidad del agente químico resulta en una disminución de su efecto tóxico.

Bioensayo. Método utilizado para evaluar la potencia relativa de un agente químico sobre organismos vivos a través de la comparación del efecto de ese agente con el efecto de una solución patronizada.

Carga tóxica. Contribución tóxica del efluente para un cuerpo receptor obtenida mediante la multiplicación de la toxicidad del efluente (expresada en unidades tóxicas) por su caudal.

CER. Concentración del efluente en el cuerpo receptor después de la mezcla completa.

Concentración efectiva media (CE50). Concentración del agente tóxico que causa efecto agudo (por ejemplo inmovilidad) al 50% de los organismos de prueba en un determinado período de exposición.

Concentración de efecto observado (CEO). La menor concentración de un agente tóxico que causa efecto deletéreo estadísticamente significativo en la supervivencia, crecimiento y reproducción de los organismos de prueba en un determinado período de exposición.

Concentración de efecto no observado (CENO). La mayor concentración del agente tóxico que no causa efecto deletéreo estadísticamente significativo en la supervivencia, crecimiento y reproducción de los organismos de prueba en un determinado período de exposición.

Concentración incipiente (CL50 I). Concentración de un agente tóxico que causa efecto agudo (letalidad) al 50% de los organismos de prueba en un período de exposición lo suficientemente largo para que el efecto agudo cese.

Concentración letal inicial media (CL-I-50). Concentración nominal del agente tóxico al inicio de la prueba que causa efecto agudo al 50% de los organismos en un determinado período de exposición.

Concentración letal media (CL50). Concentración del agente tóxico que causa efecto agudo (letalidad) al 50% de los organismos de prueba en un determinado período de exposición.

Curva concentración-respuesta. Curva que describe la relación entre la concentración de un agente tóxico y el porcentaje de respuesta de una población de organismos acuáticos en una prueba de toxicidad.

Efecto agudo. Efecto deletéreo causado por agentes químicos a organismos vivos, que se manifiesta rápida y severamente. Generalmente, este efecto ocurre después de un corto período de exposición (0 a 96 horas).

Efecto crónico. Efecto deletéreo causado por agentes químicos a organismos vivos, que normalmente se manifiesta después de días o años, dependiendo del ciclo vital de la especie estudiada. Ese efecto ocurre, en general, después de un prolongado período de exposición.

Efecto letal. Respuesta a un estímulo, en concentraciones de un agente tóxico, que causa la muerte por acción directa.

Efecto subletal. Respuesta a un estímulo, en una concentración, de un agente tóxico, que está por debajo del nivel que causa la muerte directamente.

Límite de tolerancia media (LT50). Concentración del agente tóxico en el que el 50% de los organismos de prueba sobreviven en un determinado período de exposición.

Mezcla completa. Homogenización total del efluente en el cuerpo receptor.

Prueba de toxicidad. Método utilizado con el fin de detectar y evaluar la capacidad inherente del agente tóxico para producir efectos deletéreos en organismos vivos.

Q7-10. Caudal mínimo anual del río. Media de siete días consecutivos con probabilidad de diez años de retorno.

Sinergismo. Fenómeno en el cual la toxicidad de una mezcla de agentes químicos es menor del que se esperaría por la simple suma de la toxicidad de los agentes químicos individuales presentes en la mezcla.

Toxicidad. Propiedad inherente del agente químico que produce efectos dañinos a un organismo cuando este se expone, durante cierto período, a determinadas concentraciones.

Toxicidad aguda. Simula una situación ambiental en la cual el organismo es expuesto, durante un corto período de tiempo, a concentraciones elevadas de un agente tóxico. Puede ser preliminar o definitivo.

Toxicidad crónica. Simula una situación ambiental en la cual un organismo es expuesto, durante largos períodos, a bajas concentraciones de un agente tóxico. Puede ser preliminar o definitivo.

Unidad tóxica (UT). Unidad que expresa la transformación de la relación inversa de la toxicidad obtenida a través de la ecuación: UT = 100 / CL50.

Valor crónico. Media geométrica de los valores de CENO y CEO.

Valor límite permisible. Es la concentración del elemento, compuesto o sustancia contenida en un vertimiento o en un cuerpo de agua que, al ser excedida, puede causar daños a la salud, los organismos acuáticos o al ecosistema mismo.

2. Fundamentación conceptual
2.1. Ecosistemas acuáticos

Son sistemas abiertos que están interactuando constantemente con los ecosistemas que los rodean, convirtiéndose en los receptores temporales o finales de agentes contaminantes; estas sustancias vertidas poseen ciertas particularidades que transforman sus características físicas, químicas y biológicas, y causan un efecto nocivo, tanto para la biota acuática, como para los demás organismos que intervienen en la cadena alimenticia, llegando hasta el hombre (Marcano, 2007).

Las condiciones físicas y químicas dominantes en los medios acuáticos determinan el tipo de organismos que vive en ese medio. Se han propuesto varias clasificaciones ecológicas de los organismos acuáticos, la más aceptada, hoy día, es la que presentamos a continuación:

 Plancton. Comprende los organismos que viven suspendidos en las aguas y que, por carecer de medios de locomoción o ser estos muy débiles, se mueven o se trasladan a merced de los movimientos de las masas de agua o de las corrientes. Generalmente, son organismos pequeños, la mayoría microscópicos. Está constituido por el fitoplancton y el zooplancton. El primero es una población de pequeñas plantas microscópicas, que representan el primer eslabón de la cadena alimenticia; junto con las plantas superiores, que habitan las aguas dulces, constituyen los organismos productores, las cuales son consumidas por la comunidad herbívora perteneciente al zooplancton, cuyos miembros son organismos acuáticos que realizan una importante labor como es la de mantener el equilibrio entre el aumento de la población y la disponibilidad del alimento; la mayoría de los organismos que pertenecen al zooplancton se alimentan de otros animales más pequeños, y está compuesto, desde el punto de vista trófico, por consumidores primarios o herbívoros y consumidores secundarios.

El segundo (el zooplancton) está clasificado en rotíferos y dos clases de crustáceos (copépodos, cladóceros), y su principal objetivo es la importancia en la dinámica trófica de los ecosistemas acuáticos, teniendo en cuenta la ictiofauna de un lugar determinado (Campo, 2002).

 Necton. Son todos los organismos que nadan libremente en el agua y, por tanto, se trasladan de un lugar a otro recorriendo, a veces, grandes distancias (migraciones). La zona litoral es rica en especies nectónicas; frecuentemente, esta diversidad de especies va acompañada de gran abundancia de individuos. Entre los invertebrados que forman el necton, tenemos los insectos (larvas y adultos) y los crustáceos (Campo, 2002).

 Bentos. Comprende los organismos que viven en el fondo del agua o fijos a él y, por tanto, dependen de este para su existencia. Sus comunidades se caracterizan por ser muy ricas en especies y formas, y la mayoría de los organismos que forman el bentos son invertebrados.

 Neuston. A este grupo pertenecen los organismos que nadan o "caminan" sobre la superficie del agua. La mayoría son insectos.

 Perifiton. Organismos vegetales y animales que se adhieren a los tallos y hojas de plantas con raíces fijas en los fondos.

El equilibrio de este sistema depende del balance que debe existir entre la entrada y salida de agua, entre la entrada de materia y energía, dándose una distribución de estas dentro del ecosistema, que va ascendiendo entre sus miembros, y forma así una cadena trófica (cadena alimenticia), demostrando que cada individuo desempeña un papel específico y que este es afectado por alteraciones en las funciones de otros individuos y las características de su medio (Albert, 1977).

Los ecosistemas acuáticos son muy susceptibles a modificaciones en sus condiciones ambientales naturales. Por ejemplo, por una intervención antrópica (directa o indirecta), que surge cuando a estos llega un vertimiento industrial, agrícola y doméstico, que los contaminan cambiando sus características químicas, físicas y biológicas. Por su parte, los efectos biológicos de la contaminación se miden a través del cambio que experimentan las comunidades a medida que reciben las descargas de desechos de diferente orden.