Download Ecotoxicología - Ingeniero Ambiental

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
INHALACION (DOSIS)
Introducción en el MEDIO
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, Fertilidad, reproducción,
densidad, dispersión, pirámide de eficiencia / producción
edades, relación de sexos
COMUNIDAD
Número y composición de especies,
relaciones de dominancia
ECOSISTEMA Ubicación geográfica, clima, tipo,
sucesión, equilibrio
Regulación, función
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
Acaricidas
Algicidas
Bactericidas
ORGANISMO BLANCO
Acaros y termitas
Algas
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
Sprays
Polvos
CARACTERISTICAS
Insecticidas, herbicidas o fungicidas como
concentrados emulsificables, líquidos miscibles en
agua, polvos solubles en agua (mojables), soluciones
oleosas
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
Insecticidas microencapsulados, lacas para pinturas
y bandas de resina para uso en interiores
lenta
●
Según estructura química
INSECTICIDAS
●
Organoclorados
(hidrocarburos
clorados)
HERBICIDAS
Algunos criterios usados para
la clasificación:
●
●
En relación a la época de
siembra del vegetal a ser
protegido
Organofosforados
(ésteres de ácido
fosfórico)
●
●
Carbamatos
●
Piretroides naturales
y sintéticos
●
Dinitrofenoles
●
Organotinas
●
Microbianos
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
FUNGICIDAS
●
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
Transporte
Transformación
Destino
TOXICO
Propiedades físicas
Propiedades
químicas
Fuentes
Tasa de ingreso
ECOSISTEMAS
Propiedades físicas
Propiedades
químicas
TRANSPORTE
 Involucra, generalmente, múltiples medios:
aire, agua, suelo
 Numerosos modelos, desde difusión simple
a ecuaciones multidimensionales complejas
 AGUA:
 Varios
modelos
matemáticos, etc.
distintos:
físiscos,
 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
AIRE
COMPARTIMIENTOS
●
●
●
●
●
AGUA
(MEDIO ACUATICO)
●
●
●
●
●
●
●
●
TIERRA
(MEDIO TERRESTRE)
●
●
●
●
●
Atmósfera
Partículas en aire
Aerosoles
Nubes (vapor)
Biota
Aguas superficiales
Sedimentos
Sólidos en suspensión
Agua subterránea
Biota
Ambiente marino
Ambiente dulceacuícola
Ambientes salobres
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
Vertebrados
Terrestres
RUTA DE INGRESO
FUENTE DE CONTAMINANTES
Sistema digestivo
Alimento y agua ingeridos
Piel
Superficies contaminadas
Pulmones
Aerosoles y partículas en aire
Vapor; gotas y partículas en aire
Invertebrados Tracto alimentario
terrestres
Cutícula (insectos)
Paredes del cuerpo (lombrices)
Alimento y agua
Superficies contaminadas
Ambiente contaminado (suelo)
Tráqueas (artrópodos), vías aéreas
Gotas y partículas en aire
Branquias
Contaminantes
suspendidos
sedimentos
Sistema digestivo
Alimento
Mamíferos
acuáticos y
aves
Sistema digestivo
Alimento
Cantidades pequeñas de agua
ambiental o agua ingerida (aves)
Anfibios
Sistema digestivo
Alimento
Cantidades pequeñas de agua
ingerida
Piel
Contaminantes
suspendidos
sedimentos
Alimento
Agua ingerida
disueltos
en
agua
o
y
Contaminantes
suspendidos
sedimentos
Contaminantes
partículas
Vapores
disueltos
en
agua
o
y
Peces
Invertebrados Tracto alimentario
acuáticos
Superficies respiratorias
Plantas
Hojas
Raíces
disueltos
en
agua
en
gotas
o
y
o
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
ROUTINE
EFFLUENT
S
1000 years
ACID
DEPOSITION
100 years
10 years
1 year
PESTICIDE
USE
1 month
1 day
SPILLS
PESTICIDE
1 second 1 μm
APPLICATION
1 mm
1m
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
ECOSYSTEM
DYNAMICS
10000 years
1000 years
MICROORGANISM
POPULATION
100 years
10 years
1 year
POPULATION
DYNAMICS
1 month
MACROORGANISM
PHYSIOLOGY
MICROORGANISM
PHYSIOLOGY
1 day
1 second 1 μm
1 mm
1m
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
medio de ensayo y del tóxico
periódica
del
 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 /
INCERTEZAS POSIBLES EN EXTRAPOLACION
FUENTE DE DATOS
Influencia de condiciones ambientales sobre la función concentración - respuesta y el régimen de exposición
ENSAYOS
MONOESPECIFICOSDE 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
LABORATORIO
MICROCOSMOS
MESOCOSMOS O
MANIPULACION DE
ECOSISTEMAS
NATURALES
MODELOS
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
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
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
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
exposición
 Ensayos más complejos
tiempo
de
 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
Horas - días
Organismo
Crecimiento
Reproducción
Microcosmos( Días - meses
cc-m³)
Organismo
Población
Comunidad
Producción
Ciclo de vida
Cadena trófica
Ensayo de
laboratorio
uniespecífico
(cc - m2)
Ensayos de
campo
Días - años
Idem
Idem
Monitoreo
ambiental
Años
ídem
Ídem
MEDIO TERRESTRE - ENSAYOS
EXPOSICION
ORGANISMO DE
PRUEBA
Lombriz de tierra
EFECTOS OBSERVADOS
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
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)
AGUDA
CRONICA
MEDIO ACUATICO - ENSAYOS
EXPOSICION
AGUDA
ORGANISMO DE PRUEBA
EFECTOS OBSERVADOS
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)
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
CRONICA
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
Análisis Probit
NORMALIDAD DE DATOS
Test de Shapiro-Wilks
DISTRIBUCION NORMAL
DISTRIBUCION NO NORMAL
HOMOGEINEIDAD DE VARIANZAS
Test de Bartlett
HOMOGENEIDAD
HETEROGENEIDAD
IGUAL NUMERO DE
REPLICAS
NO
Test de t con
ajuste de
Bonferroni
SI
Test de Dunnett
con ajuste
de Bonferroni
IGUAL NUMERO DE
REPLICAS
SI
NO
Test de Steel Test de Wil-(ranks)
coxon (ranks)
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
-Calificación
-Responsabilidades
-Dirección
-Funciones para garantizar
la calidad
EQUIPAMIENTO
-Localización
-Mantenimiento
-Calibración
INSTALACIONES
-Mantenimiento y manipulación de organismos de
prueba
-Manipulación y almacenamiento de reactivos
-Espacio para el desarrollo
de los ensayos
OPERACIONES
TOXICO
DE LABORATORIO
-Procedimientos operacio- -Manipulación
nales para ensayos, many almacenatenimiento de organismos miento
y preparación de solucio- -Caracterizanes
ción
REGISTRO DE DATOS
INFORME DE RESULTADOS
-Localización
-Recuperación
GOOD LABORATORY PRACTICE
OECD :
Organisation
Development,
for
Economic Cooperation
ISBN 92-64-12367-9, Paris 1982.
and
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, representatividad, sensibilidad
Captura y mantenimiento de organismos.
PROTOCOLO DE ENSAYO
Elección del organismo Elección del criterio
Representatividad
ecológica
Máximo
Sensibilidad
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
current cusum chart
3. Dilution water used in reference toxicant test
and
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
Molécula
receptor
unida
a
Respuesta bioquímica
EJEMPLO DE BIOMARCADOR
un  TCDD unido a un
acetilcolina
 Nonilfenoles
unidos
receptor de estrógeno
receptor
a
un
 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
EVALUACION DEL RIESGO
HUMANO
ECOSISTEMAS
EVALUACION DEL RIESGO
ECOLOGICO
EVALUACION DEL RIESGO GLOBAL
INVOLUCRA
EVALUACION DE LA
EXPOSICION
EVALUACION DE LOS
EFECTOS
Define el movimiento del agente
desde la fuente hasta su destino
final último.
Origen o fuente
Transporte
Destino final
Define el impacto asociado a
distintos niveles de “stress”.
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
ampliamente aceptada
metodología
de
evaluación
sólida,
 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
RESPUESTA
DE
LA
FUNCION
CONCENTRACION-
 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
Reglamentario No.
Peligrosos

24051/92
831/93
-
Decreto
Residuos
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
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.
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.-
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.-
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.-
6.1
9
9
9