Disposición y transformación de contaminantes ambientales Carrera: Biología – Materia: Principios de Ecotoxicología Paola Calle Delgado, Ph.D. Factores que modifican Toxicidad Resultado de Aprendizaje: Adquirir el dominio de los conceptos fundamentales de toxicología ambiental. Factores que modifican la toxicidad aguda en organismos acuáticos • Temperatura: •Generalmente la tasa metabólica se incrementa en organismos poiquilotermos cuando se incrementa la temperatura. Ley de Van Hoff cada 10 grados C que se eleva la temperatura se eleva la tasa metabólica en un factor de 2-3. El tiempo de sobrevivencia disminuye de 2-3 por cada 10 grados C de incremento en temperatura. •Ej: Toxicidad del Zn en el Salmon del Atlántico •Temp (grados C): 3 11 19 •24 h LC50 (mg/l) 20 8.4 5.4 Salinidad: •La salinidad generalmente incrementa la toxicidad en un factor menor que 2. pH: •PH afecta la toxicidad del amonio. Puede afectar la especiación de metales y las tasas de degradación de pesticidas. •Duración de la Exposición: •Tipos de Pruebas de toxicidad agudas •Estático: una dosis por 96h, sin recambio de agua •Estático con Recambio: dosis de 24 con recambio cada 24h; los organismos son expuestos a solución-test fresca periódicamente •Flujo continuo •Dosis pulsada: exposición del contamientante usualmente 6 h (marea semi diurnal) o 12 h (marea diurnal), seguido de un recambio de agua limpia (semi diurnal o diurnal). Factores Intrínsicos: •Edad/Estadío de vida Mas tóxico en estadíos de vida mas tempranos que en adultos •Sexo Machos son mas sensibles que las hembras (por diferencias en tamaños y cantidad de lípidos) •Dieta La dieta puede afectar la condición de un organismo y en general su salud. Por eso hay que realizar un test de toxicidad referencial en cada grupo de animales. • Estado de Salud: Enfermedades naturales pueden afectar la salud de un organismo acuático • Relaciones Predador/presa Peces expuestos en ambientes contaminados reducen su tasa de captura de presas y aumenta el nivel de mercurio en el cerebro (Smith and Weis, 1997). Factores que determinan el movimiento y distribución de los contaminantes El ambiente puede estar dividido en cuatro distintos pero interconectados compartimentos: aire (atmósfera), aguas superficiales (hidrósfera), superficie de la tierra (principalmente el suelo o litósfera), y organismos vivientes (biósfera). 1. Polaridad y solubilidad en el agua Agua, líquido polar: El átomo de oxígeno atrae a los electrones fuera de los átomos de hidrógeno, esto hace que el oxígeno desarrolle una carga negativa parcial, los hidrógenos desarrollan una carga positiva parcial. En cambio poca carga de separación sucede con compuestos no polares como los hidrocarbonos no aromáticos. Cargas opuestas se atraen Agua: puente de hidrógeno, cationes y aniones afinidad con las cargas. En general, muchas sales inorgánicas y compuestos orgánicos polares (alcoholes y aminas) tienen una apreciable solubilidad La solubilidad depende de la fuerza de la carga sobre el soluto. En los compuestos orgánicos, la presencia de átomos polarizados como el oxígeno y el nitrógeno en la estructura molecular tiende a incrementar la carga de separación y por consecuencia la solubilidad. Efecto hidrofóbico La tendencia de las moléculas de agua para formar agregados activamente excluye sustancias no polares (hidrofóbicas) como los lípidos y los hidrocarbonos. La fuerza de atracción entre las moléculas de agua contribuyen a la formación de bicapas de fosfolípidos y fases limitadas entre los lípidos y el agua en las células de los organismos. Esta agua-lípido interfase permite el movimiento de polluentes lipofílicos dentro y a través de la membrana. 2. Coeficiente de partición Líquidos no polares: octanol, hexano, y aceite de oliva no son solubles en agua. Mezclados con el agua, dos fases se separan. Las menos densas arriba. La partición de los solutos entre las dos fases, y cuando el equilibrio es alcanzado, la tasa de las concentraciones en las dos fases es el coeficiente de partición. En el caso del octanol, la relación es: Kow Coeficiente de partición octanol - agua Este coeficiente tiene un alto valor para las sustancias de baja polaridad y por lo tanto provee un índice de hidrofobicidad. Se utiliza para predecir distribuciones ambientales y la bioconcentración de químicos en el ambiente. 3. Presión de vapor Presión de vapor: La tendencia de un líquido o un sólido de volatilizarse. Definida: La presión ejercida por el vapor de una sustancia sobre su superficie sólida o líquida en equilibrio. (mmHg o Torr) La presión de vapor se incrementa con el incremento de la temperatura, ya que las moléculas superficiales incrementan la energía cinética. Cuando la presión de vapor de un líquido alcanza la presión atmosférica, hierven. Los sólidos también ejercen presión de vapor y algunos se vaporizan sin haberse derretido (sublimación). 4. Partición entre compartimientos ambientales Compartimientos: aire/agua; aire/suelo, etc. Coeficientes de partición, Constantes de Henry, etc Distribución de un químico volátil entre aire / agua (constante de Henry) El movimiento de una sustancia de un compartimiento a otro es llevado por la tendencia de escapar o fugacidad. 5. Estabilidad molecular y moléculas recalcitrantes El tiempo de residencia de un químico en el ambiente y la consecuente distancia que viaja depende de su estabilidad molecular. Los compuestos ambientales se desdoblan por procesos químicos y bioquímicos. Procesos químicos: hidrólisis, oxidación, fotodegradación. Factores ambientales tales como: temperatura, nivel de radiación solar, naturaleza de la superficie de adsorción, y pH influencian la tasa en la cual la degradación química ocurre. Moléculas recalcitrantes: altamente resistentes a las transformaciones químicas y bioquímicas y tienen un largo tiempo de vida media en organismos, suelos, sedimentos y agua. Compuestos polihalogenados tienen esta característica recalcitrante. Ejemplos: p,p´-DDE, dieldrin, algunos PCBs y dioxinas. Transporte en agua Los contaminantes pueden estar en diferentes estados. En solución o en suspensión. Material suspendido (gotas de aceite), disueltos o absorbidos. Disueltos pueden estar en gotas o absorbidos en partículas sólidas. Todas estas formas se pueden transportar considerables distancias. Materiales particulados pueden depositarse en los sedimentos estuarinos. En ríos: pueden ser transportados grandes distancias, depende de la estabilidad y del estado físico y velocidad del río. Compuestos estables = distancias más grandes Cuando los contaminantes alcanzan lagos u océanos estos pueden ser transportados por las corrientes. La densidad del agua de mar es un factor importante en el movimiento de agua hacia el fondo (mayor densidad). Transporte en agua El movimiento de materia particulada con las corrientes y su subsecuente precipitación hace que la distribución de los contaminantes no sea homogénea. Estuarios mayor contaminanción, mayor precipitación de sedimentos Contaminantes persistenten entran a la cadena trófica y por ende pueden ir a otros ecosistemas. Transporte en aire Algunos contaminantes pueden ser transportados largas distancias por los movimientos de las masas de aire. La translocación de los contaminantes sobre grandes distancias depende de su estado físico y movimientos de las masas de aire. Se mueven vía transporte de masas y difusión: CO, Nox, SO2, HF, halogenados volátiles pequeños (CFCs, tricloroetileno y tetracloruro de carbono)
