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Articulo de referencia

Bioconcentración

En toxicología acuática , la bioconcentración es la acumulación de una sustancia química transportada por el agua en un organismo expuesto al agua. [1] [2] Existen varias formas...

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En toxicología acuática , la bioconcentración es la acumulación de una sustancia química transportada por el agua en un organismo expuesto al agua. [1] [2]

Existen varias formas de medir y evaluar la bioacumulación y la bioconcentración. Estas incluyen: coeficientes de partición octanol-agua (K OW ), factores de bioconcentración (BCF), factores de bioacumulación (BAF) y factor de acumulación biota-sedimento (BSAF). Cada uno de estos puede calcularse utilizando datos empíricos o mediciones, así como a partir de modelos matemáticos . [3] Uno de estos modelos matemáticos es un modelo BCF basado en fugacidad desarrollado por Don Mackay . [4]

El factor de bioconcentración también puede expresarse como la relación entre la concentración de una sustancia química en un organismo y la concentración de dicha sustancia en el entorno circundante . El factor de bioconcentración es una medida del grado de intercambio de sustancias químicas entre un organismo y el entorno circundante. [5]

En aguas superficiales, el BCF es la relación entre la concentración de una sustancia química en un organismo y su concentración acuosa. El BCF suele expresarse en unidades de litro por kilogramo (relación entre mg de sustancia química por kg de organismo y mg de sustancia química por litro de agua). [6] El BCF puede ser simplemente una relación observada o puede ser la predicción de un modelo de partición. [6] Un modelo de partición se basa en suposiciones de que las sustancias químicas se reparten entre el agua y los organismos acuáticos, así como en la idea de que existe un equilibrio químico entre los organismos y el entorno acuático en el que se encuentran [6]

Cálculo

La bioconcentración se puede describir mediante un factor de bioconcentración (BCF), que es la relación entre la concentración química en un organismo o biota y la concentración en el agua: [2]

B do F = do o norte do mi norte a a a a i o norte B i o a a do o norte do mi norte a a a a i o norte Yo a a mi a {\displaystyle BCF={\frac {Concentración_{Biota}}{Concentración_{Agua}}}} [2]

Los factores de bioconcentración también pueden estar relacionados con el coeficiente de partición octanol-agua, K ow . El coeficiente de partición octanol-agua (K ow ) está correlacionado con el potencial de una sustancia química para bioacumularse en los organismos; el BCF se puede predecir a partir de log K ow , a través de programas informáticos basados ​​en la relación estructura-actividad (SAR) [7] o mediante la ecuación lineal :

registro ⁡ B do F = metro registro ⁡ K Oh Yo + b Estilo de visualización: log BCF=m log K_{OW}+b [8]

Dónde:

K AY = do o norte do mi norte a a a a i o norte octanol do o norte do mi norte a a a a i o norte agua = do Oh do Yo {\displaystyle K_{\text{OW}}={\frac {Concentración_{\text{octanol}}}{Concentración_{\text{agua}}}}={\frac {C_{\text{O}}}{C_{\text{W}}}}} en equilibrio

Capacidad de fugacidad

La fugacidad y el BCF se relacionan entre sí en la siguiente ecuación:

O Pez = PAG Pez × B do F yo {\displaystyle Z_{\text{Pescado}}={\frac {P_{\text{Pescado}}\times {BCF}}{H}}} [6]

donde Z Fish es igual a la capacidad de fugacidad de una sustancia química en el pez, P Fish es igual a la densidad del pez (masa/longitud 3 ), BCF es el coeficiente de partición entre el pez y el agua (longitud 3 /masa) y H es igual a la constante de la ley de Henry (Longitud 2 /Tiempo 2 ) [6]

Ecuaciones de regresión para estimaciones en peces

Usos

Usos reglamentarios

Mediante el uso del PBT Profiler y utilizando los criterios establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos bajo la Ley de Control de Sustancias Tóxicas (TSCA), una sustancia se considera no bioacumulable si tiene un BCF menor a 1000, bioacumulable si tiene un BCF de 1000 a 5000 [10] y muy bioacumulable si tiene un BCF mayor a 5000. [10]

Los umbrales según REACH son un BCF de > 2000 L/kg bzw. para los criterios B y 5000 L/kg para los criterios vB. [11]

Aplicaciones

Un factor de bioconcentración mayor que 1 es indicativo de una sustancia química hidrofóbica o lipofílica . Es un indicador de la probabilidad de bioacumulación de una sustancia química . [1] Estas sustancias químicas tienen una alta afinidad lipídica y se concentrarán en tejidos con un alto contenido lipídico en lugar de en un entorno acuoso como el citosol . Se utilizan modelos para predecir la distribución de sustancias químicas en el entorno, lo que a su vez permite predecir el destino biológico de las sustancias químicas lipofílicas. [1]

Modelos de partición de equilibrio

Basándose en un escenario de estado estable asumido, se modela el destino de una sustancia química en un sistema, proporcionando fases y concentraciones finales previstas. [12]

Hay que tener en cuenta que alcanzar el estado estable puede requerir una cantidad sustancial de tiempo, como se estima utilizando la siguiente ecuación (en horas). [13] [14]

a mi S S = 0,00654 ⋅ K Oh Yo + 55.31 {\displaystyle t_{eSS}=0,00654\cdot K_{OW}+55,31}

Por lo tanto , para una sustancia con un log(K OW ) de 4, se necesitan aproximadamente cinco días para alcanzar el estado estacionario efectivo. Para un log(K OW ) de 6, el tiempo de equilibrio aumenta a nueve meses.

Modelos de fugacidad

La fugacidad es otro criterio predictivo del equilibrio entre fases que tiene unidades de presión. Es equivalente a la presión parcial para la mayoría de los propósitos ambientales. Es la propensión a la fuga de un material. [1] El FBC se puede determinar a partir de los parámetros de salida de un modelo de fugacidad y, por lo tanto, se puede utilizar para predecir la fracción de sustancia química que interactúa inmediatamente con un organismo y posiblemente tenga un efecto sobre él. [ cita requerida ]

Modelos de la red alimentaria

Si se dispone de valores de fugacidad específicos de cada organismo , es posible crear un modelo de red alimentaria que tenga en cuenta las redes tróficas . [1] Esto es especialmente pertinente para las sustancias químicas conservadoras que no se metabolizan fácilmente en productos de degradación. La biomagnificación de sustancias químicas conservadoras, como los metales tóxicos, puede ser perjudicial para los depredadores de ápice, como las orcas , los águilas pescadoras y las águilas calvas . [ cita requerida ]

Aplicaciones a la toxicología

Predicciones

Los factores de bioconcentración facilitan la predicción de los niveles de contaminación en un organismo en función de la concentración química en el agua circundante. [12] El factor de bioconcentración en este contexto solo se aplica a los organismos acuáticos. Los organismos que respiran aire no absorben sustancias químicas de la misma manera que otros organismos acuáticos. Los peces, por ejemplo, absorben sustancias químicas a través de la ingestión y de gradientes osmóticos en las láminas branquiales . [6]

Al trabajar con macroinvertebrados bentónicos , tanto el agua como los sedimentos bentónicos pueden contener sustancias químicas que afectan al organismo. El factor de acumulación de sedimentos en la biota (BSAF) y el factor de biomagnificación (BMF) también influyen en la toxicidad en los ambientes acuáticos. [ cita requerida ]

El BCF no tiene en cuenta explícitamente el metabolismo, por lo que es necesario agregarlo a los modelos en otros puntos a través de ecuaciones de absorción, eliminación o degradación para un organismo seleccionado.

Carga corporal

Las sustancias químicas con valores altos de BCF son más lipofílicas y, en equilibrio, los organismos tendrán mayores concentraciones de sustancias químicas que otras fases del sistema. La carga corporal es la cantidad total de sustancias químicas en el cuerpo de un organismo [12] y las cargas corporales serán mayores cuando se trate de sustancias químicas lipofílicas.

Factores biológicos

Para determinar el grado en que se produce la bioconcentración, se deben tener en cuenta los factores biológicos. La velocidad a la que un organismo se expone a través de las superficies respiratorias y el contacto con las superficies dérmicas del organismo compite con la velocidad de excreción del organismo. La velocidad de excreción es la pérdida de sustancias químicas de la superficie respiratoria, la dilución del crecimiento, la excreción fecal y la biotransformación metabólica. [15] La dilución del crecimiento no es un proceso real de excreción, sino que se produce una dilución debido al aumento de la masa del organismo mientras la concentración del contaminante permanece constante.

La interacción entre entradas y salidas se muestra aquí: [15] Las variables se definen como: C B es la concentración en el organismo (g*kg −1 ). [15] t representa una unidad de tiempo (d −1 ). [15] k 1 es la constante de velocidad para la absorción química del agua en la superficie respiratoria (L*kg −1 *d −1 ). [15] C WD es la concentración química disuelta en el agua (g*L −1 ). [15] k 2 ,k E ,k G ,k B son constantes de velocidad que representan la excreción del organismo desde la superficie respiratoria, la excreción fecal, la transformación metabólica y la dilución del crecimiento (d −1 ). [15]
d do B d a = ( a 1 do Yo D ) − ( a 2 + a mi + a METRO + a GRAMO ) do B {\displaystyle {\frac {dC_{B}}{dt}}=(k_{1}C_{WD})-(k_{2}+k_{E}+k_{M}+k_{G})C_{B}}

Las variables estáticas también influyen en el BCF. Debido a que los organismos se modelan como bolsas de grasa, la relación lípidos/agua es un factor que debe tenerse en cuenta. [6] El tamaño también juega un papel, ya que la relación superficie/volumen influye en la tasa de absorción del agua circundante. [15] La especie en cuestión es un factor principal que influye en los valores de BCF debido a que determina todos los factores biológicos que alteran un BCF. [6]

Parámetros ambientales

Temperatura

La temperatura puede afectar la transformación metabólica y la bioenergética. Un ejemplo de esto es que el movimiento del organismo puede cambiar, así como las tasas de excreción. [15] Si un contaminante es iónico, el cambio en el pH que se ve influenciado por un cambio en la temperatura también puede influir en la biodisponibilidad [1]

Calidad del agua

El contenido de partículas naturales, así como el contenido de carbono orgánico en el agua, pueden afectar la biodisponibilidad. El contaminante puede unirse a las partículas en el agua, dificultando su absorción, y también puede ser ingerido por el organismo. Esta ingestión podría consistir en partículas contaminadas, lo que haría que la fuente de contaminación no sea solo el agua. [15]

Referencias

  1. ^ abcdef Landis WG, Sofield RM, Yu MH (2011). Introducción a la toxicología ambiental: estructuras moleculares para paisajes ecológicos (cuarta edición). Boca Raton, FL: CRC Press. págs. 117–162. ISBN 978-1-4398-0410-0.
  2. ^ abc Gobas FAPC; Morrison HA (2000). "Bioconcentración y biomagnificación en el ambiente acuático". En Boethling RS; Mackay D (eds.). Manual de métodos de estimación de propiedades para productos químicos: ciencias ambientales y de la salud . Boca Raton, FL, EE. UU.: Lewis. págs. 189–231.
  3. ^ Arnot, Jon A.; Frank APC Gobas (2004). "Un modelo de bioacumulación de la red alimentaria para sustancias químicas orgánicas en ecosistemas acuáticos". Toxicología y química ambiental . 23 (10): 2343–2355. doi :10.1897/03-438. PMID  15511097. S2CID  23843677.
  4. ^ ab Mackay, Don (1982). "Correlación de factores de bioconcentración". Environmental Science and Technology . 16 (5): 274–278. Bibcode :1982EnST...16..274M. doi :10.1021/es00099a008. PMID  22257252.
  5. ^ "Capítulo 173–333 WAC Toxinas bioacumulables persistentes" (PDF) . Departamento de Ecología . Archivado desde el original (PDF) el 9 de febrero de 2017 . Consultado el 6 de febrero de 2012 .
  6. ^ abcdefgh Hemond, Harold (2000). Destino y transporte de sustancias químicas en el medio ambiente . San Diego, CA: Elsevier. págs. 156-157. ISBN 978-0-12-340275-2.
  7. ^ EPA. «Categoría de sustancias químicas nuevas persistentes, bioacumulables y tóxicas». Documentos ambientales del Registro Federal . USEPA . Consultado el 3 de junio de 2012 .
  8. ^ Bergen, Barbara J.; William G. Nelson; Richard J. Pruell (1993). "Bioacumulación de congéneres de PCB por mejillones azules ( Mytilus edulis ) desplegados en el puerto de New Bedford, Massachusetts". Toxicología y química ambiental . 12 (9): 1671–1681. doi :10.1002/etc.5620120916.
  9. ^ Chiou CT, Freed VH, Schmedding DW, Kohnert RL (1977). "Coeficiente de partición y bioacumulación de sustancias químicas orgánicas seleccionadas". Environmental Science and Technology . 29 (5): 475–478. Bibcode :1977EnST...11..475C. doi :10.1021/es60128a001.
  10. ^ ab «Criterios de bioacumulación». Archivado desde el original el 1 de mayo de 2016. Consultado el 3 de junio de 2012 .
  11. ^ Orientación sobre los requisitos de información y la evaluación de la seguridad química: Capítulo R.11: Evaluación PBT (versión 1.1), 2012, pág. 15
  12. ^ abc Rand, Gary (1995). Fundamentos de toxicología acuática . Boca Raton: CRC Press. págs. 494–495. ISBN 978-1-56032-091-3.
  13. ^ DIRECTRICES DE LA OCDE PARA EL ENSAYO DE PRODUCTOS QUÍMICOS: Ensayo n.º 305: Bioacumulación en peces: exposición acuosa y alimentaria, pág. 56, doi: 10.1787/9789264185296-en
  14. ^ Hawker DW y Connell DW (1988), Influencia del coeficiente de partición de compuestos lipofílicos en la cinética de bioconcentración con peces. Wat. Res. 22: 701–707, doi: 10.1016/0043-1354(88)90181-9.
  15. ^ abcdefghij Arnot, Jon A; Gobas, Frank APC (2006). "Una revisión de las evaluaciones del factor de bioconcentración (BCF) y del factor de bioacumulación (BAF) para sustancias químicas orgánicas en organismos acuáticos". Environmental Reviews . 14 (4): 257–297. doi :10.1139/a06-005.
  • Perfilador PBT
  • Ruth "El Martillo" Sofield
  • Contaminantes orgánicos persistentes
  • Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos
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