Ecotoxicología de matrices sólidas

Abstract

El crecimiento de la industrialización, la expansión poblacional, el desarrollo de nuevas tecnologías, la aplicación de agroquímicos para mejorar el rendimiento de las cosechas, son factores que generan el vertido de sustancias químicas al ambiente. Estas sustancias principalmente sintéticas, se incorporan al ambiente e incrementan su concentración de forma tal que pueden ejercer efectos perjudiciales sobre los seres vivos. Los ecosistemas terrestres reciben descargas puntuales de contaminantes provenientes de la disposición final de residuos de la actividad industrial. Por otro lado, los agro-ecosistemas reciben la aplicación de diferentes clases de plaguicidas de modo difuso, provenientes del empleo de los mismos para aumentar el rendimiento de los cultivos, minimizando las pérdidas por la presencia de malezas, agentes patógenos y acción de herbívoros. Estas descargas pueden convertirse en continuas por el aumento de la frecuencia de ambos procesos y pudiendo producir efectos a largo plazo en los ecosistemas. Debido al interés creciente desde nuestra comunidad por la presencia de diferentes contaminantes que pueden afectar la salud humana, es sumamente necesario el desarrollo de herramientas para la evaluación ecotoxicológica de los residuos y/o plaguicidas que se liberan en el medio ambiente y afectan los ecosistemas circundantes. Es objetivo del presente trabajo de tesis es brindar herramientas para la evaluación ecotoxicológica de residuos sólidos y suelos tratados con plaguicidas para comprender los efectos que estos pueden tener en los ecosistemas terrestres. La evaluación ecotoxicológica integrada de matrices sólidas debe incluir el análisis químico de las mismas y biomarcadores sobre diferentes especies biológicas que permitan evaluar los efectos perjudiciales a fin de comprender su acción perjudicial en el ambiente. Por lo antes expuesto, cada matriz sólida y su respectiva elución acuosa fueron químicamente caracterizadas. De forma paralela, se utilizó una batería de ensayos de diferentes organismos para evaluar los efectos de dos residuos industriales y de suelos tratados con dos plaguicidas. Los dos residuos provinieron de la actividad industrial, el primero correspondió a una arena de fundición perteneciente a la industria metalúrgica; y el segundo consistió en un lodo de depuradora generado por una industria cosmética. Ambos residuos son importantes, debido a que pertenecen a industrias con alta productividad en Argentina, así como también por la presencia de sustancias altamente peligrosas para el ambiente. Además, se evaluaron suelos tratados artificialmente con formulados comerciales del herbicida glifosato y del insecticida clorpirifos, en dosis de aplicación recomendadas por los fabricantes. Adicionalmente se evaluaron suelos naturales provenientes de zonas de cultivo intensivo de soja que recibieron la aplicación de ambos plaguicidas. Los mismos fueron elegidos ya que estos plaguicidas constituyen los más utilizados en los cultivos de soja que cubren 16 millones de hectáreas de área cultivada en el país. En el presente trabajo se utilizaron como organismos de prueba ejemplares de las especies de planta Lactuca sativa y Vicia faba, y la especie de oligoqueto Eisenia fetida, responsable del ciclado de nutrientes en el suelo. Siguiendo las recomendaciones de las normas europeas se trabajó tanto con el residuo y/o suelo sólido entero y con su elución acuosa. Es importante remarcar que la evaluación de la elusión acuosa permite evaluar la movilidad de los componentes del residuo y/o del suelo entre diferentes compartimentos ambientales. La evaluación de la matriz sólida se llevó a cabo determinando la inhibición de la germinación y la elongación de la raíz en semillas de L. sativa, expuestas durante 120 h, siguiendo los protocolos establecidos por US EPA (USEPA, 1989). Además se determinó la mortalidad, cambios en la fórmula celular, determinación de índices indicadores de estado nutricional, cito y genotoxicidad, en E. fetida, expuestas de manera in vivo durante 7 y 14 días, siguiendo los protocolos estandarizados de OECD (OECD, 1989). En el caso de las eluciones líquidas la evaluación de su toxicidad se llevó a cabo mediante la determinación biomasa y de biomarcadores de estrés oxidativo en raíces de V. faba expuestas durante 48 h. Los biomarcadores elegidos fueron actividad de enzimas antioxidantes (catalasa y guayacol Peroxidasa), y grado de peroxidación de lípidos (PL). En el caso de E. fetida se utilizaron sus celomocitos expuestos de manera ex vivo durante 1 h a las eluciones de las diferentes matrices evaluadas, para la determinación de proporciones celulares, índices trófico y cito y genotoxicidad de las mismas. Se obtuvo como resultado un amplio abanico de respuestas en los diferentes biomarcadores evaluados. Para la evaluación de la matriz sólida de los dos residuos industriales, la germinación de semillas de L. sativa estuvo inhibida de manera dosis-dependiente. Sin embargo el efecto tóxico del residuo de cosmética fue evidente a menores concentraciones. En el caso de los suelos tratados con glifosato la germinación sólo se vio inhibida a la mayor dosis de aplicación utilizada, mientras que clorpirifos inhibió la germinación de manera significativa a la menor dosis de aplicación evaluada. La elongación de las raíces fue en todos los residuos y suelos evaluados en su forma sólida, el parámetro más sensible, ya que la CMEO derivada de esta variable de respuesta resultó ser la más baja, considerando el total de parámetros evaluados. Todas las matrices sólidas evaluadas ejercieron efectos genotóxicos en celomocitos de E. fetida expuestos in vivo durante 7 y 14 días. Los estudios y evaluaciones realizados sobre los celomocitos permitieron establecer la acción sobre proporciones de tipos celulares, índices nutricionales y la viabilidad celular, reflejando un claro efecto tóxico de la fracción sólida en las condiciones de ensayo. Las eluciones acuosas de las matrices sólidas evaluadas ejercieron acción sobre la actividad de las enzimas involucradas en la respuesta al estrés oxidativo, dependiente de la concentración y del tipo de residuo. Las enzimas resultaron inhibidas o estimuladas evidenciando efectos a nivel de la producción de especies reactivas del oxígeno. El orden de sensibilidad para los biomarcadores en V. faba fue CAT > GPOD > PL. La acción sobre PL fue el biomarcador menos sensible de toda la batería realizada, ya que no evidenció efectos para todas las dosis y muestras ensayadas. En el caso de los celomocitos de E. fetida expuestos de manera ex vivo durante 1 h, las eluciones de todos los residuos y suelos evaluados resultaron ejercer efectos cito y genotóxicos. Asimismo la exposición ex vivo produjo alteraciones en la fórmula celular y en los índices tróficos, para las células expuestas a las eluciones de residuos sólidos y suelos tratados con plaguicidas. Respecto a la problemática de los residuos sólidos, la disposición final de los mismos se basa en determinar su peligrosidad. En la legislación europea la caracterización ecotoxicológica de un residuo es parte de su definición de peligroso o no peligroso, incluido en el criterio de peligrosidad “Ecotóxico” (H14), determinándose en base al riesgo que el residuo representa para uno o más sectores del ambiente. En Argentina, la definición de un residuo en peligroso o no se basa en algunos parámetros considerados bajo la Ley Nacional de residuos peligrosos 24.051 y la Ley Provincial 11.720, incluyendo el criterio de “ecotoxicidad” que se estima a partir de la información disponible del residuo. En el caso que no se disponga de información, se deben realizar ensayos de ecotoxicidad utilizando una batería de organismos pertenecientes a tres niveles ecológicos. De todas maneras, los tipos de ensayos o si los mismos deben incluir exposiciones agudas o crónicas, no están definidos en las leyes. A nivel mundial se han propuesto tanto la batería de ensayos a utilizar, como los criterios a utilizar para la definición de valores umbrales que permitan la determinación del criterio H14 de ecotoxicidad, encontrándose todavía en discusión. En consonancia con las recomendaciones internacionales, los resultados obtenidos permiten proponer la determinación de ciertos parámetros para evaluar la ecotoxicidad de un residuo antes de ser liberado en el ambiente. La determinación de índices y citotoxicidad en celomocitos de E. fetida expuestos de manera ex vivo durante 1 h, para las eluciones acuosas y la elongación de raíces en L. sativa para residuos sólidos, constituyen dos métodos rápidos, sencillos y reproducibles para la clasificación y separación de residuos ecotóxicos. Las evaluaciones ecotoxicológicas mencionadas consideran también la reducción de tiempos de ensayo y el número de individuos involucrados en la evaluación de los efectos perjudiciales. La batería de ensayos propuesta conjuntamente con la determinación de los parámetros fisicoquímicos de las muestras permitió separar residuos ecotóxicos de los no ecotóxicos. En nuestro caso ambos residuos resultaron ecotóxicos y no deberían ser liberados al ambiente. Los resultados del presente trabajo ponen de manifiesto la necesidad de evaluar ecotoxicológicamente los residuos antes de su disposición final en el ambiente. En el caso de los plaguicidas glifosato y clorpirifos, los resultados obtenidos evidencian efectos perjudiciales de ambos plaguicidas, en todos los organismos no-blanco utilizados como modelos de ensayo. En este aspecto es destacable remarcar que tanto los suelos contaminados artificialmente como los suelos provenientes de la zona de cultivo intensivo de soja y sus correspondientes eluciones ejercieron efectos nocivos sobre los organismos utilizados y los biomarcadores evaluados. La aplicación de una batería de ensayos estandarizados considerando diferentes variables de respuestas en conjunto con diversos biomarcadores a nivel bioquímico, celular y molecular constituyen una estrategia integrada para la evaluación de residuos y suelos agrícolas, generando herramientas de gran utilidad para determinar la ecotoxicidad de un residuo y/o suelo.