Ecotoxicologia

ECOTOXICOLOGIA

DEFINICIONES:

 Es la ciencia que estudia los efectos tóxicos de sustancias químicas y agentes físicos sobre los organismos vivos, especialmente sobre poblaciones y comunidades dentro de ecosistemas definidos. Incluye el estudio de los caminos de transferencia de estos agentes y sus interacciones con el ambiente (TRUHAUT, 1977; BUTLER, 1978)

 Es la ciencia que investiga los efectos de sustancias sobre los organismos. El peligro sobre las poblaciones de animales y plantas puede ser determinado mediante el uso de datos existentes, tomados del ambiente (Ecotoxicología retrospectiva) o mediante el desarrollo de ensayos específicos (Ecotoxicología prospectiva) (RUDOLPH and BOJE, 1986)

 Es la ciencia que se propone la la evaluación, el monitoreo y la predicción del destino y efectos de xenobióticos en el ambiente (MORIARTY, 1988)

 Es la ciencia que intenta predecir los impactos de las sustancias químicas sobre los ecosistemas (LEVIN et al., 1989)

 Es el estudio de los efectos adversos o dañinos sobre los ecosistemas (WALKER et al., 1996)

ECOTOXICOLOGIA

OBJETIVOS:

 Se propone la evaluación, monitoreo y predicción del destino y los efectos de xenobióticos en el ambiente (MORIARTY, 1988)

 Está motivada por el deseo de mantener las estructura y función naturales de los ecosistemas INTEGRIDAD DEL ECOSISTEMA (HARRIS et al., 1990)

[Los ecosistemas son dinámicos; luego, puede resultar no natural mantener el “status quo”]

 La investigación ecotoxicológica resulta ser también la investigación del ecosistema (MATHES et al., 1991)

 Se propone proveer una base científica que permitirá que las sustancias sean evaluadas con una cantidad razonable de esfuerzo y costo. La información obtenida provee la base para evaluaciones que permitan determinar qué sustancias podrán ser liberadas al ambiente, cuáles de ellas serán ambientalmente tolerables y n qué cantidades (RÖMBKE and MOLTMANN, 1997)

ECOTOXICOLOGIA

Es el estudio de la relación dosis o concentración / efecto de tóxicos liberados al ambiente sobre los sistemas bióticos incluyendo los niveles de organización inferiores y superiores al nivel de organismos

DAÑO AL ECOSISTEMA

• Involucra tanto la estructura como la función del sistema

• La función sólo es posible si se considera la estructura

• La estructura y la función no pueden ser consideradas aisladamente

• Importancia de las relaciones tróficas (transferencia de energía y nutrientes)

TOXICOLOGIA Y ECOTOXICOLOGIA

TOXICOLOGIA:

• Introducción directa del tóxico en el organismo

• Focaliza su atención sobre una única especie, el hombre

• Dosis (DL, DE - tiempo)

ECOTOXICOLOGIA:

• Introducción del tóxico en el medio

• Focaliza su atención sobre toda la biota (estructura y función del ecosistema)

• Considera los procesos de:

• Transformación

• Degradación

• Secuestración

• Redistribución

• Bioacumulación

• Concentración (CL, CE - tiempo)

TOXICOLOGIA ECOTOXICOLOGIA

COMPUESTO A SER ENSAYADO

ADMINISTRACION

A través del ALIMENTO, INYECCION Introducción en el MEDIO

INHALACION (DOSIS) DE ENSAYO

(CONCENTRACION)

PARTICION

TRANSFORMACION

DEGRADACION en el medio

CAPTURA por organismos

TRANSPORTE - METABOLISMO

dentro de organismos

REACCION CON EL SITIO SENSIBLE O BLANCO

en organismos

EFECTOS

expresados por el ORGANISMO expresados por

ORGANISMOS

expresados por

POBLACION

expresados por

COMUNIDAD

expresados por

ECOSISTEMA

QUIMICA AMBIENTAL

La detección de una sustancia no es evidencia de sus efectos potenciales. Su relevancia ecotoxicológica es sujeto de controversia.

 Aporta evidencia cuantitativa de la presencia de la sustancia potencialmente tóxica = ANALISIS DE RESIDUOS

 Estudia los mecanismos y modelos de transporte, el destino final y el impacto de los xenobióticos en el ambiente abiótico (KORTE, 1980, 1987)

Centra su atención en la sustancia química, su ingreso, presencia (concentración), transporte, destino y procesos de transformación en el medio abiótico (BOURDEAU et al., 1989)

Se centra más directamente en el destino de los productos químicos desde el momento de su aplicación hasta que alcanzan a su receptor biológico (STEINEMANN et al., 1990)

ECOTOXICOLOGIA (en sentido técnico):

 Estudia los efectos (a nivel infraindividual, individual, supraindividual), mecanismos de acción y transporte, metabolismo y mecanismos de detoxificación de los xenobióticos sobre el medio biótico

DEFINICIONES

ECOTOXICOLOGIA ACUATICA:

• Es el estudio cuali y cuantitativo de los efectos adversos de xenobióticos sobre los ecosistemas acuáticos

CONTAMINANTE:

• Sustancia introducida en el ambiente como resultado, por lo menos en forma parcial, de la actividad humana y que produce efectos adversos no deseados sobre los organismos individuales y sobre el ecosistema

ECOTOXICOLOGIA

• ECOTOXICOLOGIA PROSPECTIVA O PREDICTIVA:

• Evaluación de la toxicidad antes de la producción y comercialización del producto

• ECOTOXICOLOGIA RETROSPECTIVA:

• Evaluación de la toxicidad ante la indicación cierta o sospecha de que el xenobiótico produce efectos adversos sobre el ecosistema

• OBJETIVOS DEL ENSAYO DE TOXICIDAD:

• Investigación básica

• Criterio de calidad de agua

• Evaluación del impacto ecotoxicológico o del riesgo

• Monitoreo de un cuerpo de agua

• IMPACTO ECOTOXICOLOGICO:

• Interacción entre el agente tóxico y el sistema biótico que conduce a la interrupción de la función armónica del sistema

• Cadena causal: agente - receptor - efecto

• Se manifiesta cuando se exceden las variaciones normales de las funciones del sistema

DEFINICIONES

TOXICIDAD:

• Es la capacidad de una sustancia de causar algún efecto nocivo sobre organismos vivos

• Depende de:

• Cantidad administrada o absorbida

• Vía de ingreso al organismo

• Distribución a lo largo del tiempo después de su administración

• Naturaleza y severidad del daño producido

• Tiempo necesario para producir el efecto

RIESGO:

• Es la frecuencia esperable de efectos adversos como consecuencia de la exposición al xenobiótico

SEGURIDAD:

• Se establece sobre la base del riesgo socialmente “aceptable”, considerando las frecuencias esperadas de los efectos adversos y de su severidad sobre el hombre y el ecosistema

Ecosistemas

Composición de la comunidad

Cambios en la población

Respuestas a nivel de organismo individual

Cambios fisiológicos

Cambios bioquímicos

Contaminante

Aumento del tiempo de respuesta

Aumento de la dificultad de vinculación a productos químicos específicos

Aumento de la importancia ecológica

Relaciones de vinculación entre respuestas de diferentes niveles de organización

NIVELES DE ORGANIZACION BIOLOGICOS

Características Estructurales y Funcionales

NIVEL ESTRUCTURA FUNCION

Descripción de formas en ciertos segmentos de tiempo

Evaluación durante un prolongado período de tiempo

CELULAS / ORGANOS

Moléculas, membranas, tejidos, caminos metabólicos, tipos de células, tipo de órganos

Crecimiento, metabolismo, conversión energética, detoxificación

ORGANISMO

Especie, habitat, edad, estadío, sexo

Metabolismo, crecimiento y desarrollo, reproducción, salud, mortalidad, concentración en tejidos, comportamiento

POBLACION

Presencia, número de individuos, densidad, dispersión, pirámide de edades, relación de sexos

Fertilidad, reproducción, eficiencia / producción

COMUNIDAD

Número y composición de especies, relaciones de dominancia

Regulación, función

ECOSISTEMA

Ubicación geográfica, clima, tipo, sucesión, equilibrio

Resiliencia, estabilidad. Degradación,, filtración, producción primaria, bioretención

TOXICO

• Es el agente que puede producir un efecto adverso

• Daño referido a la estructura y función del sistema

• La introducción puede ser:

• deliberada (efluentes)

• accidental (derrames)

• El sitio de liberación es:

• no puntual

• puntual

• La cantidad liberada debe superar un nivel umbral para que se manifieste el efecto

• Se establece la relación concentración / respuesta

• Duración de la exposición

• Ensayos de toxicidad

TIPOS DE TOXICOS

• Según su modo de acción:

• No selectivos

• Selectivos

• Dificultad para establecer interpolaciones entre especies

• Mecanismos:

• Presencia o ausencia de sitios receptores

• Alteración en los procesos de distribución del tóxico

• Relaciones estructura / actividad (QSAR)

TIPOS DE CONTAMINANTES

● IONES INORGANICOS

● Metales pesados : no biodegradables

● Aniones: nitratos

● Fosfatos

● COMPUESTOS ORGANICOS

● Hidrocarburos

● Alcanos, alquenos, alquinos

● Aromáticos

● Bifenilos policlorados (PCBs)

● Dibenzodioxinas policloradas (PCDDs)

● Dibenzofuranos policlorados (PCDFs)

● Bifenilos polibrominados (PBBs)

● Plaguicidas

● Detergentes

● Clorofenoles

● COMPUESTOS ORGANOMETALICOS

● ISOTOPOS RADIOACTIVOS

● GASES

● Ozono

● Clorofluorocarbonos (CFCs)

● Oxidos de carbono: CO2

● Oxidos de nitrógeno: NO, NO2, NOX

● Oxidos de azufre: SO2

CLASIFICACION DE PLAGUICIDAS

● Según organismo blanco

PLAGUICIDA ORGANISMO BLANCO

Acaricidas

Acaros y termitas

Algicidas

Algas

Bactericidas

Bacterias

Fungicidas

Hongos

Herbicidas

Plantas, usualmente malezas terrestres o acuáticas

Insecticidas

Insectos

Molusquicidas

Moluscos (caracoles y babosas)

Nematicidas

Nematodes (parásitos externos)

Rodenticidas

Roedores

Termiticidas

Termitas

● Según tipo de formulación

PLAGUICIDA CARACTERISTICAS

Sprays

Insecticidas, herbicidas o fungicidas como concentrados emulsificables, líquidos miscibles en agua, polvos solubles en agua (mojables), soluciones oleosas

Polvos

Insecticidas y fungicidas como agentes no diluídos, aerosoles de polvos

Granulados

Insecticidas, herbicidas y algicidas bajo la forma de un “carrier” (transportador) inerte impregnado con el plaguicida

Coatings

Insecticidas y fungicidas para tratamiento de semillas

Aerosoles

Insecticidas. Repelentes y desinfectantes bajo la forma de spray, para aplicación en interiores

Fumigantes

Líquidos evaporables o gases para tratamiento de suelos y control de plagas en almacenajes con efecto nematicida e insecticida

Cebos

Prácticamente, sin liberación del i.a. en el ambiente; el tóxico es ingerido por el organismo blanco (insectos, moluscos y roedores) atraído por el señuelo

Formulaciones de liberación lenta

Insecticidas microencapsulados, lacas para pinturas y bandas de resina para uso en interiores

● Según estructura química

INSECTICIDAS HERBICIDAS FUNGICIDAS

● Organoclorados (hidrocarburos clorados)

● Organofosforados (ésteres de ácido fosfórico)

● Carbamatos

● Piretroides naturales y sintéticos

● Dinitrofenoles

● Organotinas

● Microbianos

Algunos criterios usados para la clasificación:

● En relación a la época de siembra del vegetal a ser protegido

● En relación al mecanismo de exposición (vía suelo u hojas)

● En relación al modo de acción (herbicidas de contacto, sistémicos)

● En relación a la estructura química:

● Acidos fenoxialifáticos

● Nitroanilinas

● Ureas sustituídas

● Carbamatos y tiocarbamatos

● Triazinas (heterocíclicos nitrogenados)

● Derivados del fenol y dinitrofenoles

● Inorgánicos (Sulfuro, cobre o mercurio)

● Orgánicos (ditiocarbamatos)

● Sistémicos (bencimidazoles)

● Antibióticos

(Existe gran heterogeneidad química)

BIODISPONIBILIDAD DE TOXICOS

• En solución

• Adsorbidos sobre:

• Sólidos en suspensión

• Sedimentos

• Biota

• Incorporados a la biota

CONCENTRACION DE TOXICOS EN EL AMBIENTE

Concentración TOXICO

Propiedades físicas

Transporte Propiedades

químicas

Fuentes

Tasa de ingreso

Transformación ECOSISTEMAS

Propiedades físicas

Destino Propiedades

químicas

TRANSPORTE

• Involucra, generalmente, múltiples medios: aire, agua, suelo

• Numerosos modelos, desde difusión simple a ecuaciones multidimensionales complejas

• AGUA:

• Varios modelos distintos: físiscos, matemáticos, etc.

• Caracterizados por:

• Simulación de movimientos del agua,

• Concentración o tasa de carga del contaminante

• Dimensionalidad:

• una (mayoría)

• dos (algunos)

• tres o más (muy pocos)

MEDIOS Y COMPARTIMIENTOS AMBIENTALES

MEDIO COMPARTIMIENTOS

AIRE

● Atmósfera

● Partículas en aire

● Aerosoles

● Nubes (vapor)

● Biota

AGUA

(MEDIO ACUATICO)

● Aguas superficiales

● Sedimentos

● Sólidos en suspensión

● Agua subterránea

● Biota

● Ambiente marino

● Ambiente dulceacuícola

● Ambientes salobres

TIERRA

(MEDIO TERRESTRE)

● Suelo

● Agua retenida entre los poros del suelo

● Atmósfera del suelo

● Vegetación superficial

● Biota del suelo

PRINCIPALES RUTAS DE INGRESO DE CONTAMINANTES ORGANICOS EN LOS ORGANISMOS

TIPO DE ORGANISMO RUTA DE INGRESO FUENTE DE CONTAMINANTES

Vertebrados

Terrestres Sistema digestivo

Piel

Pulmones Alimento y agua ingeridos

Superficies contaminadas

Aerosoles y partículas en aire

Vapor; gotas y partículas en aire

Invertebrados terrestres Tracto alimentario

Cutícula (insectos)

Paredes del cuerpo (lombrices)

Tráqueas (artrópodos), vías aéreas Alimento y agua

Superficies contaminadas

Ambiente contaminado (suelo)

Gotas y partículas en aire

Peces Branquias

Sistema digestivo Contaminantes disueltos o suspendidos en agua y sedimentos

Alimento

Mamíferos acuáticos y aves Sistema digestivo Alimento

Cantidades pequeñas de agua ambiental o agua ingerida (aves)

Anfibios Sistema digestivo

Piel Alimento

Cantidades pequeñas de agua ingerida

Contaminantes disueltos o suspendidos en agua y sedimentos

Invertebrados acuáticos Tracto alimentario

Superficies respiratorias Alimento

Agua ingerida

Contaminantes disueltos o suspendidos en agua y sedimentos

Plantas Hojas

Raíces Contaminantes en gotas o partículas

Vapores

Contaminantes disueltos en agua del suelo

CRITERIOS PARA EL ESTABLECIMIENTO DE PRIORIDADES EN LA EVALUACION DE TOXICOS

TIPOS DE XENOBIOTICOS:

• Consumidos directamente por el hombre

• Liberados directamente al ambiente

• Contaminantes de otros productos

CARACTERISTICAS:

• Indicación cierta o sospecha de alta toxicidad

• Alta persistencia en el ambiente

• Capacidad para inhibir mecanismos de detoxificación de organismos vivos

• Acumulación potencial en la biota y en el ambiente

Tipo y tamaño de las poblaciones potencialmente

DEFINICIONES

• DOSIS: Es la cantidad de sustancia administrada a un organismos, expresada como unidad / peso corporal

• CONCENTRACION: Es la cantidad de sustancia aplicada en el medio, expresada como unidad de peso o volumen / volumen del medio

• EFECTO: Es el cambio biológico producido tanto en el nivel de organismo individual como en niveles de organización inferiores o superiores al individuo, asociado a la exposición al tóxico

• RESPUESTA: Proporción de la población expuesta al tóxico que manifiesta el efecto definido

• EFECTO CUANTAL: No medible mediante una escala de intensidad o severidad graduada; se expresa como “presente” o “no presente”

EFECTO NO CUANTAL: Medible mediante una escala de intensidad graduable

EFECTOS

AGUDO:

• Corto tiempo de exposición (horas, días)

• Severidad (mortalidad)

• Determinación de la concentración que causa la mortalidad del 50% de la población expuesta (CL50)

CRONICO, SUBCRONICO:

• Exposición simple o exposiciones repetidas de largo tiempo de duración

• Tiempo de aparición de los efectos

• Efectos seleccionados:

• Letal o subletal

• Cambios en el comportamiento

• Cambios fisiológicos

• Cambios bioquímicos

• Cambios histológicos

• Reversible - irreversible (ensayos de recuperación)

• INTERACCION por exposición a mezclas de tóxicos

• EFECTO LETAL:

• Causa la muerte por acción directa como consecuencia de la exposición a una determinada concentración del agente tóxico

• EFECTO SUBLETAL:

• Se produce por debajo del nivel que causa la muerte directamente, como resultado de la exposición a una determinada concentración del agente tóxico

EFECTOS

• CURVA CONCENTRACION-EFECTO:

• Expresa la relación entre concentración y magnitud de un efecto determinado, tanto a nivel individual como poblacional

• CURVA CONCENTRACION-RESPUESTA:

• Expresa la relación entre concentración y proporción de individuos que responden a un efecto determinado

MEZCLA DE AGENTES TOXICOS

La acción conjunta puede ser:

• ADITIVA:

• Magnitud del efecto o respuesta numéricamente igual a la suma de los efectos o respuestas de tóxicos individuales

• COMBINADA:

• Los tóxicos producen efectos diferentes o tienen distintos modos de acción

• MAYOR QUE LA ADITIVA - SINERGISMO:

• La toxicidad de la mezcla es mayor que la esperada por la simple suma de la toxicidad de los tóxicos individuales

• MENOR QUE LA ADITIVA - ANTAGONISMO:

• La toxicidad de la mezcla es menor que la esperada por la simple suma de la toxicidad de los tóxicos individuales

CRITERIO PARA LA SELECCION DE EFECTOS

• Inequívoco

• Relevante

• Rápidamente observable

• De fácil descripción

• Mensurable

• Biológicamente significativo

• Reproducible

• “Screening tests”: mortalidad

• Subletalidad:

• Crecimiento

• Reproducción

• Cualitativo

• Cuantitativo

• Se establecen como índices de toxicidad:

• CL50,CE50 - tiempo

TEMPORAL SCALE

100000 years CAMBIO CLIMATICO

10000 years

1000 years ROUTINE EFFLUENTS ACID DEPOSITION

100 years

10 years

1 year PESTICIDE USE

1 month SPILLS

1 day PESTICIDE APPLICATION

1 second 1 μm 1 mm 1 m 1 km 1000 km 10000 km

SPATIAL SCALE

ARRANGEMENT OF A VARIETY OF ANTHROPOGENIC HAZARDS ON SPATIAL AND TEMPORAL SCALES (Suter, 1994)

TEMPORAL SCALE

100000 years REGIONAL DYNAMICS

10000 years ECOSYSTEM DYNAMICS

1000 years MICRO-

ORGANISM POPULATION

100 years

10 years

1 year POPULATION DYNAMICS

1 month MACRO-

ORGANISM

PHYSIOLOGY

1 day MICRO-

ORGANISM PHYSIOLOGY

1 second 1 μm 1 mm 1 m 1 km 1000 km 10000 km

SPATIAL SCALE

ARRANGEMENT OF LEVELS OF BIOLOGICAL ORGANIZATION ON SPATIAL AND TEMPORAL SCALES (Suter, 1994)

DEFINICIONES

BIOENSAYO: Método para evaluar la potencia relativa de un agente sobre organismos vivos, mediante la comparación del efecto del agente con el de una solución patrón o “standard”

ENSAYO DE TOXICIDAD: Permite la detección y evaluación de la capacidad de un agente de producir efectos tóxicos adversos sobre organismos vivos

ENSAYOS DE ECOTOXICIDAD

CARACTERISTICAS COMUNES:

• Exposición de grupos de organismos

• misma población

• en buenas condiciones de salud

• con aclimatación previa

• Mantenimiento de condiciones ambientales

constantes y estandarizadas

• Exposición a concentraciones graduadas del

agente

• Grupos control adecuados

• Observación de signos del efecto presentes

• Medición y registro detallado de efectos

biológicos en grupos control y tratados

• Observación patológica de grupos control y

tratados

• Análisis estadístico de resultados

TIPOS DE ENSAYOS

• DE LABORATORIO: Reproducción parcial de las condiciones reales del ambiente

• DE CAMPO: Organismos mantenidos en contenedores adecuados (limnocorrales) sometidos a las condiciones del medio

Según sea la renovación del medio:

• ESTATICO: Se establece la concentración del tóxico al principio del ensayo; el medio no se renueva

• SEMIESTATICO: Renovación periódica del medio de ensayo y del tóxico

• FLUJO CONTINUO: Renovación contínua del medio de ensayo y tóxico

TIPOS DE ENSAYOS

Según el tiempo de exposición:

• AGUDO: Período de exposición corto en relación al tiempo de generación del organismo de prueba

• SUBCRONICO: El período de exposición cubre, al menos, el 10% del tiempo de generación del organismo de prueba

• CRONICO: El período de exposición cubre, al menos, una generación del organismo de prueba

• DE REPRODUCCION: El período de exposición cubre, al menos, tres generaciones del organismo de prueba

• DE RECUPERACION: El período de exposición es seguido por la transferencia y observación en un medio no tóxico

METODOS DE ENSAYO (1)

• Concentración de efecto no observado (NOEC)

• Mínima concentración de observación de efecto (LOEC)

ENSAYOS DE TOXICIDAD AGUDA

• Peces: mortalidad

• Invertebrados: inmovilidad

• Microalgas: crecimiento

• Indices: CL50 - CE50 - tiempo

• Ensayo independiente del tiempo (TI) (CL50 - CE50 incipiente)

ENSAYOS DE TOXICIDAD CRONICA

• Ciclo de vida completo

• Ciclo de vida parcial

• Concentración máxima aceptable de tóxico (MATC)

• Valor crónico (VC)

• NOEC < VC < LOEC

METODOS DE ENSAYO (2)

ENSAYOS CON ESTADIOS TEMPRANOS DE VIDA

• Huevo - embrión - larva - alevino

• Duración: 1 ó 2 meses

ENSAYOS DE BIOACUMULACION

• Compuestos polares (hidrofílicos)

• Compuestos no polares (hidrofóbicos)

• Factor de bioacumulación (BCF)

• Coeficiente de partición n-octanol - agua

• Bioconcentración - biacumulación - biomagnificación

INCERTEZAS EN DISTINTOS NIVELES DE INVESTIGACION

TIPO DE ENSAYO / FUENTE DE DATOS INCERTEZAS POSIBLES EN EXTRAPOLACION

ENSAYOS MONOESPECIFICOSDE LABORATORIO Influencia de condiciones ambientales sobre la función concentración - respuesta y el régimen de exposición

Un cierto estadío del ciclo de vida como representativo del ciclo completo

Pocas especies seleccionadas por su facilidad de mantenimiento como representativas de la comunidad natural

No se considera la relación con otras especies

Los efectos a nivel individual son aplicados a nivel poblacional sin mecanismos de compensación o ajustes por comportamiento

MICROCOSMOS Relaciones artificiales entre especies

Se excluyen importantes relaciones tróficas

Los efectos de borde pueden causar alteraciones en resultados

No se considera la heterogeneidad espacial de los ecosistemas naturales en los que se toman las muestras

El enfoque y la metodología se modifican sobre la base de su aplicabilidad y replicabilidad más que en relación con su acercamiento a los efectos reales

Se excluyen factores climáticos naturales

MESOCOSMOS O MANIPULACION DE ECOSISTEMAS NATURALES Se considera un ecosistema específico como representativo de un tipo general de ecosistema

El "stress" generado por la aplicación de una sustancia química determinada se supone representativo del "stress" generado por sustancias no ensayadas

No se consideran los efectos de condiciones físicas ambientales y climáticas ni de eventos históricos sobre el comportamiento del ecosistema

Replicabilidad insuficiente

Dificultad en recopilar datos relevantes para la determinación de la relación concentración - respuesta en el ecosistema

Prolongada duración del experimento, relacionado con el tiempo requerido por el ecosistema para manifestar una reacción adecuada, medible y recuperable

MODELOS Formulaciones matemáticas imprecisas o incorrectas

Efectos basados en una poco uniforme distribución de los organismos en el campo (agregación)

Insuficientes bases de datos para la verificación del modelo

El modelo es aplicado a un nivel que excede el alcance de su capacidad a fin de obtener una evaluación relevante

Sensibilidad de los resultados frente a la variación de los parámetros seleccionados o del diseño del modelo.

DISEÑO DE ENSAYOS

• Acercamiento por fases (TIER)

• Ensayos simples de corto tiempo de exposición

• Ensayos más complejos

• Controles concurrentes

• Control de agua no tratada

• Ensayo de control de solventes

• Ensayo de referencia (producto químico de referencia)

CRITERIOS PARA LA SELECCION DE PROTOCOLOS DE ENSAYO

• Aceptación de la comunidad científica

• Capacidad de predicción de los efectos de un amplio rango de tóxicos sobre diferentes organismos

• Base estadística - reproducibilidad

• Rango de concentración - duración de la exposición

• Datos obtenidos utilizables para la evaluación de riesgo

• Costo - eficiencia

• Sensibilidad - realismo

• Ensayos uniespecíficos

• Ensayos multiespecíficos

• Experimentos de laboratorio en condiciones controladas

• Experimentos de campo con un alto número de variables

• Validación

ESCALAS DE OBSERVACION EN ENSAYOS DE TOXICIDAD

Espacial

Temporal

Organizacional

Estructural

Funcional

Ensayo de laboratorio uniespecífico

(cc - m2)

Horas - días

Organismo

Crecimiento Reproducción

Microcosmos(cc-m³)

Días - meses

Organismo

Población Comunidad

Producción Ciclo de vida

Cadena trófica

Ensayos de campo

Días - años

Idem

Idem

Monitoreo ambiental

Años

ídem

Ídem

MEDIO TERRESTRE - ENSAYOS

EXPOSI-CION ORGANISMO DE PRUEBA EFECTOS OBSERVADOS

AGUDA Lombriz de tierra

Mortalidad (CL50)

Ave (dosis oral única)

Mortalidad (CL50)

Ave (dietaria) Mortalidad, peso corporal, comportamiento, tasa de alimentación

Abejas (por contacto)

Mortalidad (CL50)

Abejas (oral)

Mortalidad (CL50)

Organismos benéficos

Mortalidad, tasa de alimentación

CRONICA Ave (reproducción) Mortalidad, tamaño al alcanzar el acoplamiento, cambios morfológicos de huevos, efectos sobre crías

Microflora Actividad deshidrogenasa, respiración a corto plazo, ciclo del nitrógeno

Lombriz de tierra

Reproducción (NOEC)

Organismos benéficos

Reproducción (NOEC)

MEDIO ACUATICO - ENSAYOS

EXPOSI-CION ORGANISMO DE PRUEBA EFECTOS OBSERVADOS

AGUDA

Dos especies diferentes de peces dulceacuícolas,

Cnesterodon decemmaculatus, Poecilia reticulata

Mortalidad (CL50 – 96 hs)

Microcrustáceo del zooplancton (Daphnia sp.), Daphnia magna, Daphnia spinulata

Inmovilidad (CE50 – 48 hs)

Alga dulceacuícola, Scenedesmus acutus, S. quadricauda, Selenastrum capricornutum

Inhibición del crecimiento (CI50 – 96 hs)

Crustáceo bentónico, Hyalella curvispina, Hyalella azteca

Mortalidad o inmovilidad (CL50 – 10, 14 días, CE50)

CRONICA

Pez dulceacuícola (estadíos tempranos del ciclo de vida)

Mortalidad de alevinos y juveniles, peso corporal, longitud del cuerpo, tasa de crecimiento

Pez dulceacuícola (reproducción)

Mortalidad de adultos, mortalidad de alevinos, tiempo de puesta, éxito en la eclosión, peso y longitud del cuerpo de adultos y alevinos, tasa de crecimiento, comportamiento

Microcrustáceo del zooplancton (ciclo de vida completo)

Inmovilidad de adultos, número de huevos / hembra, número de efipios / hembra, éxito en la eclosión, tiempo de eclosión, inmovilidad de nuevos ejemplares, tasa de reproducción, tasa de crecimiento, comportamiento

Crustáceo bentónico (ciclo de vida completo)

Inmovilidad de adultos, número de huevos / hembra, éxito en la eclosión, tiempo de eclosión, inmovilidad de nuevos ejemplares, tasa de reproducción, tasa de crecimiento, comportamiento

CALCULATION METHODS

GRAPHICAL METHOD

LC50

Can be performed with 0 or 1 partial kill(s)

Subjective

BINOMIAL METHOD

LC50 (= 95% confidence intervals)

Can be performed with 0 or 1 partial kill(s)

MOVING AVERAGE ANGLE METHOD

LC50 + 95% confidence intervals

Can be performed with 0 or 1 partial kill(s)

Can be performed manually, but labor intensive

MODIFIED SPEARMAN-KARBER METHOD

LC50 + 95% confidence intervals

Can be performed with 0 or 1 partial kill(s)

The concentrations tested must cover the range 0% - 100% response

LICHFIELD AND WILCOXON METHOD

LC50 + 95% confidence intervals

At least 2 partial kills required

Can easily be performed manually

Subjective to a certain extend

PROBIT ANALYSIS

LC50 + 95% confidence intervals

At least 2 partial kills required

Is difficult to be performed manually

METODOS ESTADISTICOS RECOMENDADOS PARA ENSAYOS DE TOXICIDAD CRONICA

DATOS OBSERVADOS

ESTIMACION DE CE50 NORMALIDAD DE DATOS

Análisis Probit Test de Shapiro-Wilks

DISTRIBUCION NORMAL DISTRIBUCION NO NORMAL

HOMOGEINEIDAD DE VARIANZAS

Test de Bartlett

HOMOGENEIDAD HETEROGENEIDAD

IGUAL NUMERO DE IGUAL NUMERO DE

REPLICAS REPLICAS

NO SI SI NO

Test de t con Test de Dunnett Test de Steel Test de Wil--

ajuste de con ajuste (ranks) coxon (ranks)

Bonferroni de Bonferroni

FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE ENSAYOS DE TOXICIDAD

• Propiedades físico-químicas del producto

• Pureza química

• Presencia de impurezas

• Selección del organismo de prueba

• Variables ambientales

PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DEL PRODUCTO

• Estructura química: grupos funcionales

• Estabilidad frente a distintos valores de pH

• Propiedades fotoquímicas

• Coeficiente de partición n-octanol/agua

• Naturaleza lipofílica

• Potencial de ionización

• Tamaño y forma de las partículas

• Densidad

EL ORGANISMO DE PRUEBA

• Diferencias en la sensibilidad entre las distintas especies

• Accesibilidad al tóxico

• Tasa y modelo de metabolismo y excreción

• Mayor sensibilidad de los individuos juveniles

• Influencia del estado salud / “stress” sobre la sensibilidad

CRITERIOS PARA LA SELECCION DEL ORGANISMO DE PRUEBA

• Amplio rango de sensibilidad (batería de ensayos con distintos organismos)

• Sensibilidad constante de la población utilizada

• Alta disponibilidad y abundancia (amplia distribución geográfica)

• Estabilidad genética y uniformidad de las poblaciones usadas en los ensayos

• Organismos autóctonos o representativos del ecosistema que se evalúa

• Conocimiento de su biología, fisiología y hábitos nutricionales

• Preferencia por especies de importancia recreacional, comercial o ecológica

• Disponibilidad de ejemplares a lo largo de todo el año

• Sencillo mantenimiento y cultivo en condiciones de laboratorio

• Preferencia por especies de tamaño reducido para facilitar la obtención de gran número de datos

• Existe un limitado número de especies “standard”:

• algas fitoplanctónicas

• crustáceos: Daphnia, camarones, Artemia

• peces

• rotíferos

• anfípodos

• En ensayos de campo pueden utilizarse especies no estandarizadas

PROCEDIMIENTOS Y CONDICIONES PARA UNA BUENA PRACTICA DE LABORATORIO

PERSONAL INSTALACIONES

-Calificación -Mantenimiento y manipu-

-Responsabilidades lación de organismos de

-Dirección prueba

-Funciones para garantizar -Manipulación y almacena-

la calidad miento de reactivos

-Espacio para el desarrollo

de los ensayos

EQUIPAMIENTO OPERACIONES TOXICO

DE LABORATORIO

-Localización -Procedimientos operacio- -Manipulación

-Mantenimiento nales para ensayos, man- y almacena-

-Calibración tenimiento de organismos miento

y preparación de solucio- -Caracteriza-

nes ción

REGISTRO DE DATOS

INFORME DE RESULTADOS

-Localización

-Recuperación

GOOD LABORATORY PRACTICE

OECD : Organisation for Economic Cooperation and Development, ISBN 92-64-12367-9, Paris 1982.

U.S.A.: United States Environmental Protection Agency, Title 40 Code of Federal Regulations Part 160 (FIFRA) Federal Register, 29 November 1983, and Subsequent Amendment Federal

Register 17 August 1989.

United States Environmental Protection Agency, U.S. EPA 2185, Good Automated Laboratory Practices, 8 October 1995

Japan: Japan Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries, 59 NohSan, Notification N 3850, Agricultural Production Bureau, 10 August 1984.

U.K.: Good Laboratory Practice, the United Kingdom Compliance Program, Department of Health and Social Security 1986 and Subsequent Revision,

Department of Health 1989.

INTERRELACIONES ENTRE LOS FACTORES QUE DETERMINAN LA SELECCION DE UN PROTOCOLO DE ENSAYO

Mínimo

VALOR ECONOMICO

Costo

Duración

Equipamiento Entrenamiento del

personal

Costo, representa-

tividad, sensibili- Captura y mante-

dad nimiento de orga- nismos.

PROTOCOLO DE ENSAYO

Elección del organismo Elección del criterio

Representatividad Sensibilidad

ecológica

Máximo VALOR BIOLOGICO

SECTION 12

REPORT PREPARATION

(Adapted from USEPA, 1989c)

The following general format and content are recommended for the report:

12.1 INTRODUCTION

1. Permit number

2. Toxicity testing requirements of permit

3. Plant location

4. Name of receiving water body

5. Contractor (if contracted)

a. Name of firm

b. Phone number

c. Adress

12.2 PLANT OPERATIONS

1. Product(s)

2. Raw materials

3. Operating schedule

4. Description of waste treatment

5. Schematic of waste treatment

6. Retention time (if applicable)

7. Volume of discharge (MGD, CFS, GPM)

8. Design flow of treatment facility at time of sampling

12.3 SOURCE OF EFFLUENT, RECEIVING WATER AND DILUTION WATER

1. Effluent samples

a. Sampling point

b. Sample collection method

c. Collection dates and times

d. Mean daily discharge on sample collection date

e. Lapsed time from sample collection to delivery

f. Sample temperature when received at the laboratory

g. Physical and chemical data

2. Receiving Water Samples

a. Sampling point

b. Sample collection method

c. Collection dates and times

d. Streamflow at time of sampling and 7Q10

e. Lapsed time from sample collection to delivery

f. Sample temperature when received at the laboratory

g. Physical and chemical data

3. Dilution Water Samples

a. Source

b. Collection date(s) and time(s) (when applicable)

c. Pretreatment

d. Physical and chemical characteristics (pH, hardness, salinity, etc.)

12.4 TEST CONDITIONS

1. Toxicity test method used (title, number, source)

2. Endpoint(s) of test

3. Deviations from reference method, if any, and reason(s)

4. Date and time test started

5. Date and time test terminated

6. Type and volume of test chambers

7. Volume of solution used per chamber

8. Number of organisms per test chamber

9. Number of replicate test chambers per treatment

10. Feeding frequency, and amount and type of food

11. Acclimation temperature of test organisms (mean and range)

12. Test temperature (mean and range)

12. 5 TEST ORGANISMS

1. Scientific name

2. Age

3. Life stage

4. Mean lenght and weight (where applicable)

5. Source

6. Diseases and treatment (where applicable)

12.6 QUALITY ASSURANCE

1. Reference toxicant used routinely, source

2. Date and time of most recent reference toxicant test; test results and current cusum chart

3. Dilution water used in reference toxicant test

4. Physical and chemical methods used

12.7 RESULTS

1. Provide raw toxicity data in tabular form, including daily records of affected organisms in each concentration ( including controls)

2. Provide table of endpoints: LC50, NOEC, LOEC, etc.

3. Indicate statistical methods used to calculate endpoints

4. Provide summary table of physical and chemical data

5. Tabulate QA data

12.8 CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS

1. Relationship between test endpoints and permit limits

2. Action to be taken

BIOMARCADOR

● Son las respuestas biológicas a los tóxicos ambientales los que dan una medida de la exposición y, a veces, del efecto tóxico (WALKER et al., 1997)

● Pueden ser respuestas a nivel molecular, celular o del organismo entero.

● Representan una medida del efecto relacionado con la presencia de niveles particulares de un contaminante. Proveen un medio de interpretar niveles ambientales de contaminantes en términos biológicos.

BIOMARCADORES A DIFERENTES NIVELES DE ORGANIZACIÓN

NIVEL DE ORGANIZACIÓN EJEMPLO DE BIOMARCADOR

Molécula unida a un receptor

• TCDD unido a un receptor acetilcolina

• Nonilfenoles unidos a un receptor de estrógeno

Respuesta bioquímica

• Inducción de monooxigenasas

• Inhibición de acetilcolinesterasas

Alteraciones fisiológicas

• Grosor de la cáscara de huevo (aves)

• Feminización de embriones

Efectos a nivel del individuo

• Cambios de comportamiento

• Crecimiento

EVALUACION DEL RIESGO

Proceso de estimación de la probabilidad de que ciertas actividades produzcan determinados efectos adversos

SEGURIDAD Y SALUD HUMANAS ECOSISTEMAS

EVALUACION DEL RIESGO EVALUACION DEL RIESGO

HUMANO ECOLOGICO

EVALUACION DEL RIESGO GLOBAL

INVOLUCRA

EVALUACION DE LA EVALUACION DE LOS

EXPOSICION EFECTOS

Define el movimiento del agente Define el impacto asociado a

desde la fuente hasta su destino distintos niveles de “stress”.

final último.

Origen o fuente

Transporte

Destino final

EVALUACION DEL RIESGO RELATIVO

OBJETIVO: Desarrollo de indicadores del riesgo total, los que pueden ser utilizados en el proceso de toma de decisiones.

• Es el paso más difícil en el proceso de Evaluación del riesgo

• Existe carencia de una metodología de evaluación sólida, ampliamente aceptada

• Integración de los factores de riesgo con el costo económico y social de la toma de decisión

• El apropiado balance entre estas dos clases de factores conduce a acuerdos entre la comunidad científica y los organismos políticos encargados de la toma de decisiones

EVALUACION DE EFECTOS ECOLOGICOS

Sobre la base de:

1. CLASIFICACION AMBIENTAL

• Ambiente urbano

• Ambiente productivo

• Ambiente natural

• Ambiente de uso múltiple

2. DESARROLLO DE FACTORES DE PESO

3. EVALUACION DE RECEPTOR/ES REPRESENTA-TIVOS

• Selección de especies representativas a nivel poblacional, de comunidad y de procesos ecológicos

• Selección de indicadores apropiados de los efectos que se manifiestan sobre los receptores representativos

4. EVALUACION DE LA FUNCION CONCENTRACION-RESPUESTA

• Recolección de datos, teniendo en cuenta:

• Tipo de efecto medido

• Condiciones de exposición

• Forma de experimentación

• Determinación de la potencial recuperación de poblaciones y procesos expuestos

EL PROBLEMA DE LA EVALUACION DE LA RELACION CONCENTRACION - RESPUESTA

1. ENFOQUE DIRECTO

• Completa batería de ensayos

• Implementación simultánea

• Resultados altamente confiables

• Alto consumo de tiempo y elevado costo

2. ENFOQUE EN FASES O ETAPAS

• Secuencia de actividades de ensayo

• Utilización de los resultados de las etapas precedentes para el diseño de cada fase subsiguiente

• FASE 1

• Exposición aguda

• Ensayos monoespecíficos

• Evaluación rápida y grosera del riesgo relativo

• FASE 2 Y SUBSIGUIENTES

• Exposiciones de mayor duración

• Ensayos multiespecíficos

• Mejor utilización de los recursos disponibles

• Rápido acercamiento a los problemas prioritarios

• Optima relación costo - efectividad

Potencialmente, resulta posible omitir aspectos importantes del riesgo ecológico durante la FASE 1

3. ENFOQUE INTERMEDIO

• Acercamiento en FASES, incluyendo ensayos de mayor tiempo de exposición durante la FASE 1

• Puede existir redundancia de información en la FASE 1

LEGISLACION NACIONAL Y PROVINCIAL

NACIONAL:

• Resolución No. 440/98 y modificación 2000 - Secretaría de Agricultura, Ganadería, Pesca y Alimentación

• Ley 24051/92 - Decreto Reglamentario No. 831/93 - Residuos Peligrosos

• Ley 17319/67 - Decretos y Disposiciones modificatorias - Disposición 52/97 - Hidrocarburos, Exploración, extracción, refinerías, construcción, operación y abandono de oleoductos y poliductos - Protección ambiental.

PROVINCIA DE BUENOS AIRES:

• Ley 11720 y Decreto Reglamentario No. 806/97 - Residuos Especiales

• Resolución No. 601/98 - Secretaría de Política Ambiental - Residuos tóxicos con prohibición de ingreso al territorio de la Provincia de Buenos Aires.

CLASE DE NACIONES UNIDAS

No. DE CODIGO

(LEY 11720)

CARACTERISTICAS

6.1

H6.1

Tóxicos (venenos) agudos: Sustancias o desechos que pueden causar la muerte o lesiones graves o daños a la salud humana, si se ingieren o inhalan o entran en contacto con la piel.

9

H10

Liberación de gases tóxicos en contacto con el aire o el agua: Sustancia o desechos que, por reacción con el aire o el agua, pueden emitir gases tóxicos en cantidades peligrosas.-

9

H11

Sustancias tóxicas (con efectos retardados o crónicos): Sustancias o desechos que, de ser aspirados o ingeridos o de penetrar en la piel pueden entrañar efectos retardados o crónicos, incluso la carcinogenia.-

9

H12

Ecotóxicos: Sustancias o desechos que, si se liberan, tienen o pueden tener efectos adversos inmediatos o retardados en el ambiente debido a la bioacumulación o los efectos tóxicos en los sistemas bióticos.-

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