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FACULTAD DE CIENCIAS DEL MAR Y AMBIENTALES
DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA
EFECTOS DE CONTAMINANTES EMERGENTES SOBRE ORGANISMOS EN
ECOSISTEMAS ACUÁTICOS
AUTORA: ELENA NIETO CRISTÓBAL
Puerto Real a 15 de Noviembre de 2012
TESIS DE MASTER (PERFIL INVESTIGADOR)
MASTER ACUICULTURA Y PESCA: RECURSOS MARINOS Y SOSTENIBILIDAD
TITULO DE LA TESIS DE MÁSTER
EFECTOS DE CONTAMINANTES EMERGENTES SOBRE ORGANISMOS EN ECOSISTEMAS
ACUÁTICOS
Memoria presentada por ELENA NIETO CRISTÓBAL para la obtención del
Título de Máster en Acuicultura y Pesca
(Perfil Investigador)
Firma del Tesinando
Fdo.:
ELENA NIETO CRISTÓBAL
Puerto Real a 15 de Noviembre de 2012
TESIS DE MASTER (PERFIL INVESTIGADOR)
MASTER ACUICULTURA Y PESCA: RECURSOS MARINOS Y SOSTENIBILIDAD
JULIÁN BLASCO MORENO, DOCTOR EN CIENCIAS QUIMICAS y MIRIAM HAMPEL, DOCTOR
EN CIENCIAS DEL MAR como Directores de la Tesis de Máster y JUAN MIGUEL MANCERA,
DOCTOR EN BIOLOGIA, como Tutor Académico de la Tesis de Máster titulada “EFECTOS DE
CONTAMINANTES EMERGENTES SOBRE ORGANISMOS EN ECOSISTEMAS
ACUÁTICOS”, realizada por Dña. ELENA NIETO CRISTÓBAL.
INFORMAN: que el trabajo presentado en la presente memoria se ha llevado a cabo bajo nuestra dirección
en las dependencias del Departamento de Ecología y Gestión Costera del Instituto de Ciencias Marinas de
Andalucía (ICMAN-CSIC).
Y para que así conste firmamos el presente informe en Puerto Real, a 15 de Noviembre de 2012.
Firma de los Directores
Fdo. JULIÁN BLASCO
Fdo.: MIRIAM HAMPEL
Firma del Tutor Académico
Fdo. JUAN M MANCERA
TESIS DE MASTER (PERFIL INVESTIGADOR)
MASTER ACUICULTURA Y PESCA: RECURSOS MARINOS Y SOSTENIBILIDAD
Esta Tesis de Máster ha sido realizada gracias al proyecto “Evaluación y predicción de
los efectos del cambio global en la cantidad y la calidad del agua en ríos ibéricos”,
SCARCE (Consolider-Ingenio 2010 CSD2009-00065) del Ministerio de Ciencia e
Innovación y un contrato temporal asignado al citado proyecto otorgado a Dña. Elena
Nieto Cristóbal.
La presente Tesis de Máster se ha realizado al amparo del Campus de Excelencia
Internacional del Mar (CEIMAR).
INDICE.
RESUMEN.
ABSTRACT.
1.
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………...10
1.1 Vía de entrada de los contaminantes emergentes…………………………………………..13
1.2 Consumo de compuestos farmacéuticos……………………………………………………15
1.3 Compuestos seleccionados………………………………………………………………….15
1.3.1 Antiinflamatorios………...…………………………………………………………...15
1.3.2 Antiepilépticos..............................................................................................................16
1.4 Organismo modelo………………………………………………………………………….17
1.5 Evaluación del riesgo ambiental……………………………………………………………18
1.6 Modelos de toxicidad……………………………………………………………………….19
2.
OBJETIVOS……………………………………………………………………………………22
3.
MATERIAL Y MÉTODOS…………………………………………………………………...23
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
4.
Aclimatación de los organismos…………………………………………………………....23
Compuestos analizados……………………………………………………………………..23
Análisis de la concentración de exposición………………………………………………..25
Test de toxicidad aguda…………………………………………………………………….26
Test de toxicidad subletal…………………………………………………………………..27
3.5.1
Tasa de ingestión………………………………………………………………….28
3.5.2
Capacidad osmorreguladora …………………………………………………….29
3.5.3
Tasa de consumo de oxigeno ……………………………………………………..31
RESULTADOS………………………………………………………………………………....32
4.1 Toxicidad aguda…………………………………………………………………………….32
4.2 Toxicidad subletal…………………………………………………………………………..37
4.2.1
Tasa de ingestión…………………………………………………………………..37
4.2.2
Capacidad osmorreguladora…………………………………………………….....38
4.2.3
Tasa de consumo de oxigeno……………………………………………………...39
5.
DISCUSIÓN…………………………………………………………………………………….42
5.1 Toxicidad letal……………………………………………………………………………....42
5.2 Toxicidad subletal…………………………………………………………………………..44
5.2.1
Tasa de ingestión…………………………………………………………………..44
5.2.2
Capacidad osmorreguladora…………………………………………………….....45
5.2.3
Tasa de consumo de oxigeno……………………………………………………...45
6.
CONCLUSIONES……………………………………………………………………………...48
7.
BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………….....49
RESUMEN
En los últimos 20 años son muchos los trabajos de investigación que hacen referencia a
la aparición de los llamados contaminantes emergentes en los ecosistemas acuáticos
dando la alarma sobre los posibles efectos perjudiciales que pudieran tener sobre los
organismos e incluso la salud humana.
Dentro de los contaminantes emergentes, se encuentran un amplio abanico de
contaminantes entre los que se incluyen los compuestos farmacéuticos activos (PhACs).
Para este trabajo se han seleccionado tres compuestos por su consumo generalizado por
parte de la población, como son Carbamazepina (CBZ), un anticonvulsionante y
antiepiléptico y Diclofenaco (DF) e Ibuprofeno (IB) ambos pertenecientes al grupo de
los antiinflamatorios no esteroideos.
Los estudios ecotoxicológicos llevados a cabo en este trabajo de Máster
permiten conocer los efectos agudos y crónicos que sufre un organismo sometido a la
exposición de determinados contaminantes farmacéuticos de forma individual y como
mezclas.
Para ello se expusieron individuos del organismo modelo seleccionado, camarón
de río Atyaephyra desmarestii a un intervalo de concentraciones crecientes para
determinar su toxicidad aguda (LC50 96h), donde se mostró que el DF resulta ser el
compuesto más tóxico y el CBZ el compuesto menos tóxico. Se realizó una evaluación
del riesgo ambiental que pueden suponer estos compuestos en el medio acuático y se
determinó que tan sólo el IB podría suponer un riesgo medio.
Se llevaron a cabo ensayos de toxicidad en mezclas binarias y ternarias de los
compuestos seleccionados para comprobar el efecto que estos compuestos pueden tener
cuando se encuentran de manera conjunta en la naturaleza. Además se aplicaron dos
modelos de predicción de toxicidad; adición de concentración (AC), el cual asume que
el efecto de la mezcla resulta ser la suma de los efectos de cada componente individual
y acción independiente (AI), donde se asume que el efecto de un compuesto individual
en la mezcla no se ve afectado por la presencia de otro compuesto en la mezcla. Como
resultado de los ensayos efectuados se comprobó que la mortalidad producida por la
mezcla de compuestos tanto binaria como ternaria es mayor que la que producen los
compuestos de manera individual.
Por otra parte, los resultados obtenidos de la toxicidad en mezclas no se ajustan a
ninguno de los dos modelos predictivos seleccionados en este trabajo.
Para los ensayos crónicos se realizaron exposiciones a concentraciones
ambientalmente relevantes y se midieron respuestas tales como tasa de ingestión, tasa
de respiración y osmolalidad en hemolinfa, donde no se encontraron diferencias
significativas entre el control y los compuestos ensayados.
Palabras clave: compuestos farmacéuticos, camarón de agua, Atyaephyra desmarestii,
toxicidad en mezclas, evaluación del riesgo, modelos de toxicidad, respiración,
ingestión, osmorregulación.
ABSTRACT
In the last 20 years, many studies referring to the occurrence of so-called emerging
contaminants in aquatic ecosystems are raising the alarm about potencial adverse effects
they may have over exposed non-targetorganisms and even human health.
Within emerging contaminants, there is a wide range of contaminants including
Pharmaceutically Active Compounds (PhACs). For this study we have select three
PhACs due to their high consumption rate worldwide, such as Carbamazepine (CBZ),
an anticonvulsant and antidepressive drug; Diclofenac (DF) and Ibuprofen (IB) both
belonging to the group of anti-inflammatory pharmaceuticals.
The toxicological studies carried out in this Master Thesis contribute to the
knowledge about the acute and chronic effects in a representative non-target organism
exposed to the selected pharmaceutical compounds and their mixtures.
For this purpose, specimens of the model organism Atyaephyra desmarestii were
exposed to a range of increasing concentrations to determine their acute toxicity (LC50
96h) proving DF to be the most toxic and CBZ least toxic compound.
Based on the obtained acute toxicity data, an assessment of the aquatic
environmental risks represented by the selected compounds was performed showing
that of the selected compounds, only IB represents a medium risk.
Binary and ternary mixture toxicity assays were carried out of the selected
compounds to check their joint effect in environment. Furthermore, two prediction
toxicity models were applied; addition concentration (AC), which assumes that the
effect of the mixture appears to be the sum of the effects of each individual component
and independent action (AI), where it is assumed that the effect a single compound in
the mixture is not affected by the presence of another compound in the mixture. As
result of our tests it was found that mortality produced by the mixture of both binary
and ternary compounds is higher than that produced the compounds individually.
Moreover, the results of the mixtures toxicity do not fit either selected predictive
models for this work.
For the evaluation of chronic toxicity, exposure assays at environmentally
relevant concentrations were performed evaluating subletal responses such as ingestion
rates and, respiration rates, as well as and hemolymph osmolality values.
Keywords: pharmaceuticals, shrimp, Atyaephyra desmarestii, mixture toxicity, risk
assessment, toxicity models, respiration, ingestion, osmorregulation.