Efectos de la contaminación por metales pesados sobre anfípodos de agua dulce y su aplicación en estudios de toxicidad de sedimentos

• Autores: Giusto, Anabella
• Año de publicación: 2015
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Ferrari, Lucrecia
• Materia: HYALELLA CURVISPINA; HYALELLA PSEUDOAZTECA; COBRE; CADMIO; BIOENSAYOS DE TOXICIDAD DE SEDIMENTOS; BIOMARCADORES; HYALELLA CURVISPINA; HYALELLA PSEUDOAZTECA; COPPER; CADMIUM; SEDIMENT TOXICITY BIOASSAYS; BIOMARKERS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las evaluaciones ecotoxicológicas son herramientas fundamentales en lasestimaciones de riesgo ambiental y la toma de decisiones de políticas de control yprevención de daños ecológicos. A nivel regional la caracterización ecotoxicológica desedimentos se determina principalmente evaluando en ellos niveles de contaminantesconsiderados como prioritarios, sin tener en cuenta factores tales comobiodisponibilidad, resuspensión posibles interacciones o impacto sobre estructura yfuncionamiento de las comunidades asociadas a sedimentos. En ese sentido losbioensayos son herramientas esenciales para evaluar la calidad del ambiente porqueresponden de manera integrada a los efectos adversos de mezclas químicascomplejas con las que están en contacto y cuya ecotoxicidad interesa conocer. Los bioensayos con anfípodos tienen considerable relevancia en la evaluacióntoxicológica de agua dulce, siendo Hyalella azteca, de amplia distribución en elhemisferio norte, la especie más utilizada. Los protocolos para bioensayosestandarizados fueron diseñados en el hemisferio norte en función de losrequerimientos y biología de esta especie. Además, estos protocolos se centranprimordialmente en la evaluación de parámetros tradicionales (mortalidad ycrecimiento) sobre los anfípodos, asumiendo que la ausencia de efecto indica que elmedio de ensayo es ecotoxicológicamente aceptable. Sin embargo, hay una tendenciamundial a evaluar el impacto de los contaminantes en un sistema acuático particular através del monitoreo ecotoxicológico con especies nativas. La necesidad de utilizarespecies locales se hace evidente, entre otras razones, porque el uso de las mismasadaptadas a las características del ambiente, pueden proporcionar resultados muchomás cercanos a la realidad que los obtenidos con una especie exótica. Por lo tanto,debido a que las especies propuestas en los protocolos internacionales no son lasmismas que encontramos en nuestros ecosistemas acuáticos, es muy importanteevaluar el efecto de los contaminantes sobre especies autóctonas sobre la base delconocimiento biológico, ya que estas pueden mostrar requerimientos y característicasdiferentes a las de las especies estandarizadas en dichos protocolos. Esrecomendable que cada región geográfica tenga protocolizado diversos métodos deensayo donde las especies autóctonas estén representadas. Este trabajo presenta resultados obtenidos a partir de la evaluación de efectos dematriz acuosa y sedimentos contaminados sobre dos especies de anfípodosdulceacuícolas presentes en la región: Hyalella curvispina y Hyalella pseudoazteca,por medio de bioensayos de toxicidad en condiciones controladas de laboratorio. Utilizando organismos de dos estadios de vida, se realizaron ensayos de exposiciónaguda y subcrónica a dos metales pesados, tóxicos referentes (cobre y cadmio) enmatriz acuosa, sedimento procesado y agua de poro extraída del mismo, adaptandouna metodología estandarizada para H. azteca. Los puntos finales fueronconcentración de metal en tejidos, sobrevivencia y crecimiento, siendo los dos últimosparámetros tradicionales para estos protocolos experimentales. A su vez, se investigóla utilidad del Índice de Masa Corporal (IMC) como nuevo parámetro evaluador deefecto subletal. Con el objetivo de utilizar nuevos puntos finales de evaluación de efecto temprano porexposición a metales en H. curvispina, se determinaron efectos sobre el contenido deglucógeno, proteínas totales, lípidos totales, triglicéridos, arginina fosfato, niveles deperoxidación lipídica (TBARS) y actividad de catalasa (CAT), superóxido dismutasa (SOD) y Na+/K+ ATPasa, en matriz sólida y acuosa. Además se ajustó e implementópara esta especie la técnica de sistema de transporte de electrones (ETS) comobiomarcador de estado metabólico. Se llevó a cabo la evaluación de la ecotoxicidad de sedimentos ambientales realizandoensayos con sedimento completo y agua de poro, utilizando a H. curvispina comoorganismo prueba, evaluando como puntos finales parámetros tradicionales de efecto. A su vez, sobre muestras de sedimento completo se investigó la utilidad debiomarcadores de efecto temprano (niveles de lipoperoxidación y actividad de SOD, CAT y ETS). En relación al efecto del cadmio y cobre en solución H. curvispina probó ser sensible aconcentraciones ecológicamente relevantes de ambos metales. Los resultadosreafirman su importancia como una especie adecuada para ensayos de evaluaciónecotoxicológica en cuerpos de agua dentro de su área de distribución. Con respecto a la toxicidad de ambos metales en bioensayos en matriz sólida, sedemostró que ambas especies sufren efectos negativos sobre el crecimiento aconcentraciones de Cd y Cu cercanas a los Niveles Guía de Calidad de Sedimentos (SQGs), desarrollados para el hemisferio norte, siendo el IMC el mejor parámetrodiscriminador de efecto. En cuanto al desarrollo de nuevos puntos finales de efecto temprano para ensayos conanfípodos se confirmó que la exposición a Cu ó Cd, tanto en solución como ensedimento, afectó de manera significativa a la mayoría de los parámetros metabólicosy bioquímicos evaluados. Se postula al ETS como nuevo biomarcador de efecto enbioensayos ecotoxicológicos con H. curvispina. El protocolo aplicado, los parámetros determinados y la especie test elegida,resultaron ser aptos para monitorear la calidad toxicológica de sedimentosambientales. El uso de biomarcadores demostró una mayor sensibilidad y un máspreciso ajuste de evaluación de efectos que el obtenido por el ensayo estándar desobrevivencia y crecimiento, y se revelan más contundentes en relación a laevaluación de efectos proponiéndose su implementación en estudios de biomonitoreode sedimentos. Por último, se estableció una línea de base como contribución al incremento delconocimiento biológico de las especies de ensayo, utilizando como criterio el IMC yparámetros del metabolismo energético, comparando el estado general de losanimales en medio acuoso y sedimento en situaciones control. Se concluyó que H.curvispina puede ser empleada en bioensayos tanto en matriz sólida como acuosa,pero la especie resulta más apropiada para la realización de bioensayos en presenciade sedimentos. Con respecto a H. pseudoazteca resulta una especie apropiada parasu uso en bioensayos en matriz sólida, pero no es recomendada para su utilización enensayos en matriz acuosa.
Ecotoxicology assays are fundamental tools for assessing environmental risks andmaking political to control and prevent environmental damage. At a regional level,ecotoxicological characterization of sediments is determined mostly by analysing thetoxic levels present in them that are prioritized, not taking into account variables suchas bioavailability, resuspension, possible interactions or impact on the structure andfunctioning of the communities associated to the sediments. In this sense, bioassaysare essential tools for assessing environmental quality because they respond in anintegral way to adverse effects of complex chemical mixtures with which they come incontact and of which there is an interest in knowing their ecotoxicity. Bioassays with amphipods are of remarkable relevance for toxicological assessment infreshwater, being Hyalella azteca, widely distributed across the northern hemisphere,the most employed species. Standardized bioassay protocols were designed in thenorthern hemisphere based on the requirements and biology of this species. Moreover,these protocols are focused mainly on the assessment of traditional parameters (growth and mortality) of amphipods, assuming the absence of an effect implies thatthe assay medium is ecotoxicologically acceptable. However, there is a worldwidetrend to assess toxic impact in a particular aquatic system through ecotoxicologicalmonitoring with native species. The need to use local species becomes evident, amongother reasons, because using these adapted to the environmental characteristics cangive results which are much closer to reality than those obtained using an exoticspecies. Therefore, considering the species proposed by international protocols are notthe ones we find in our aquatic ecosystems, it is extremely important to assess theeffect of pollutants on native species on the basis of biological knowledge, since nativespecies may present requirements and characteristic that are different to those of thestandardized species in said protocols. It is advisable that each geographic region havea diversity of standardized assay protocols where native species are represented. This work presents results obtained from the assessment of the effects of pollutedsediments and liquid matrix on two freshwater amphipod species present in the region: Hyalella curvispina and Hyalella pseudoazteca, through toxicity bioassays in controlledlaboratory conditions. Acute and subchronic exposure to two heavy metals, reference toxics (copper andcadmium) in liquid matrix, processed sediment and groundwater assays wereperformed, adapting a methodology standardized for H. azteca, using organisms atdifferent life stages. Endpoints were metal tissue concentration, survival and growth,being these last two the traditional parameters for these experimental protocols. At thesame time, utility of the body mass index (IMC) as a new parameter to evaluatesublethal effects was assessed. Aiming to use new endpoints to evaluate early effects of metal exposure in H.curvispina, the effects on glycogen, total proteins, total lipids, triglycerides, phosphatearginine, lipids peroxidation levels (TBARS) and catalase activity (CAT), superoxidedismutase (SOD) and Na+/K+ ATPase were determined in both solid and liquid matrix. In this work, the electron transportation system (ETS) technique was adjusted andimplemented for this species as a metabolic state biomarker. Environmental sediment ecotoxicity assessment was carried out with completesediment and pore water assays using H. curvispina as test organism, taking asendpoint the traditional effect parameters. Utility of early effect biomarkers (lipoperoxidation levels and SOD, CAT and ETS activity) was also assessed usingcomplete sediment samples. With regard to the effect over cadmium and copper in solution, H. curvispina showedsensitivity to concentrations of both ecologically relevant metals. The results reassertedits significance as an adequate species for ecotoxicological assessment assays inwater bodies inside their area of distribution. As for the toxicity of both metals in bioassays with solid matrix, it showed that bothspecies suffer negative effects on growth when using concentrations of Cd and Cuclose to the Sediment Quality Guideline (SQG) levels (developed for the Northhemisphere), with the IMC being the best parameter for effect discrimination. With regard to developing new early effect endpoints for assays with amphipods, it wasconfirmed that the exposition to both metals significantly affected most of theintermediary metabolism parameters and biochemical oxidative damage evaluated,both in solution and in sediment. ETS is presented as a biomarker of effect inecotoxicological bioassays with H. curvispina. The applied protocol, the determined parameters and the test species chosen wereadequate for monitoring the toxicological quality of environmental sediments. The useof biomarkers showed a higher sensitivity and a more precise effect evaluationadjustment than the one obtained through the use of the standard survival and growthassay. Since they are also more telling in regards to the effects evaluation, itsimplementation in sediment biomonitoring studies is proposed. Finally, a baseline was established as contribution to the increment of biologicalknowledge of the test species, using the IMC and parameters from the energeticmetabolism as criteria, comparing the general state of the animals in water andsediment media in control situations. It is concluded that H. curvispina can be used inbioassays with both solid and water matrix, but the species is more adequate forcarrying out bioassays in presence of sediments. With regard to the H. pseudoazteca,it is an adequate species to be used in solid matrix bioassays, but it is notrecommended for its use in water matrix trials.
Fil: Giusto, Anabella. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.