INTRODUCCIÓN La Ecotoxicología tiene sus orígenes ...

INTRODUCCIÓN
Walter Darío Di Marzio
La Ecotoxicología tiene sus orígenes en la Toxicología tradicional. Podemos decir que
los lineamientos experimentales y conceptuales de la Toxicología sirvieron de base para
el surgimiento como ciencia de la Ecotoxicología (Moriarty 1985). Surge como una de
las primeras aproximaciones de ver al hombre interconectado con el medio que lo rodea.
Es decir surge con una visión antropocéntrica del ambiente e intenta explicar las
relaciones entre las distintas “partes” del ambiente, los tóxicos y el hombre.
La evaluación más común de la toxicidad es la medida de la letalidad a corto plazo, como
se realiza frecuentemente en la Toxicología Humana, determinando la toxicidad aguda de
las sustancias sobre especies de Primates o Roedores. La información obtenida es
extrapolada, posteriormente al hombre (Duffus 1983, Anderson y Conning 1993).
Debemos tener presente también que la Toxicología se origina a partir de los estudios
Farmacológicos, lo cual constituye un motivo de discusión entre los Toxicólogos y los
Farmacólogos acerca de las incumbencias de cada disciplina. Anderson y Conning (1993)
discuten este punto en el primer capítulo de su libro Experimental Toxicology y dejan en
claro que la Toxicología tuvo sus orígenes en estudios de Farmacología pero que en la
actualidad deben considerarse como ciencias distintas. La Farmacología experimenta
utilizando una serie de dosis hasta encontrar la cantidad que sea beneficiosa para la
función fisiológica que desee controlarse.
Es decir realiza una barrido de dosis – respuesta con el fin de conseguir el efecto
terapéutico deseado. Ensaya los efectos inhibitorios y/o estimulantes de los fármacos
sobre funciones específicas para aplicarlos posteriormente según la patología encontrada.
La Toxicología intenta clasificar y ordenar la potencia tóxica, evaluando los efectos
adversos producidos por los elementos químicos sobre diferentes especies,
preferentemente de mamíferos, que permitan su extrapolación al hombre. Posteriormente
se incorporó a la definicón “elementos químicos y otros agentes” y “extrapolación al
hombre y el ambiente”.
Rearmando la definicón de Toxicología: “es el estudio de los efectos adversos producidos
por sustancias químicas u otros agentes sobre sistemas biológicos con el fin de definir el
riesgo para el hombre o el ambiente”.
Es conveniente explicar algunos términos que suelen utilizarse al momento de dar
definiciones específicas. Por su uso derivado del inglés, existen las palabras contaminante
y polucionante. Mientas que en ese idioma es frecuente el uso de pollutant y no de
contaminant en español es lo inverso, se prefiere el uso de contaminante al de
polucionante.
Igual sucede con el uso de los términos polución y contaminación. Ambos provienen del
latín, polluere que significa ensuciar y contaminare que implica tornar algo impuro. A
los fines legales o específicos en muchos países se considera a un contaminante como un
agente químico o físico que se incorpora en el ambiente sin producir daños adversos
sobre los ecosistemas naturales. En cambio un polucionante, produce, cuando está
presente, efectos adversos sobre la biota, los habitas y la estructura y función de los
ecosistemas naturales.
Por tóxico se entiende un agente físico o químico que produce una respuesta adversa o
efecto sobre los sistemas biológicos, y por toxicidad la capacidad de una sustancia de
producir un efecto. Un xenobiótico es una molécula ajena a los sistemas metabólicos de
los seres vivos, generalmente se aplica a las sustancias de síntesis o producidas por el
hombre y que han ingresado al ambiente en estos últimos 100–150 años. Cuando se habla
de “sustancia química” o “compuesto” se refiere en términos generales, sin significar si
se trata de algo tóxico o no.
Estos conceptos tienen una visión relativa ya que por ejemplo un contaminante al superar
cierto valor o concentración en el ambiente podrá considerarse un polucionante. El DDT,
un insecticida, fue un xenobiótico para muchas especies de insectos hasta que apareció en
ellos, una enzima capaz de iniciar su degradación metabólica y pasar a ser “conocido”
por lo tanto por el metabolismo de estos organismos y dejar de ser un xenobiótico.
El término Ecotoxicología fue propuesto por Truhaut en 1969 durante la realización de
una reunión del Committee of the International Council of Scientific Unions llevado a
cabo en Estocolmo (Truhaut 1977). El autor, Toxicólogo, propone a la Ecotoxicología
como una rama de la Toxicología y la define como: "La rama de la Toxicología que trata
del estudio de los efectos tóxicos causados por contaminantes naturales o sintéticos, sobre
los componentes de los ecosistemas, animales (incluyendo el hombre), vegetales y
microbios en un contexto integral". Sin embargo la idea del término fue del Dr. JM
Jouany (comunicación personal), su discípulo en ese entonces, aunque oficialmente
nunca se le otorgó a este último el mérito correspondiente.
La discusión de sí en la actualidad, se deben considerar, a la Toxicología y la
Ecotoxicología, ciencias separadas o no, aún está abierta y algunos autores prefieren usar
el término Toxicología Ambiental (Duffus 1983, Walker et al. 2006). Suter (1993) define
la Ecotoxicología "como el estudio de los efectos tóxicos sobre organismos no-humanos,
poblaciones y comunidades"; Walker et al (1996) la definen como "el estudio de los
efectos tóxicos de los compuestos sobre los ecosistemas" y según los autores está incluida
en el campo de la Toxicología Ambiental.
Uno de los objetivos centrales de la Ecotoxicología, y también de la Toxicología, es
relacionar la cantidad de una sustancia tóxica, a la cual se exponen los organismos, con la
naturaleza y magnitud del daño producido en ellos. La relación concentración - respuesta
constituye la herramienta primaria para definir la potencia tóxica de las sustancias.
De acuerdo con el alquimista Paracelsus (1493 - 1541), "todas las sustancias son
venenos: no hay nada que no sea veneno, lo único que diferencia a un veneno de un
remedio es la dosis". Paracelsus, nació en Suiza, su verdadero nombre era Phillipus
Aureolus Theophrastus Bombast von Hohenheim. El origen de su pseudónimo (igual o
superior a Celsus) tiene dos versiones, la más consensuada, es que tomo de referencia el
nombre de un médico romano del siglo I, llamado Celsus, el cual es considerado uno de
los pioneros de la medicina actual y la otra versión hace referencia al enfrentamiento que
tenía, cuando era estudiante universitario, con la escuela médica de Celso, un médico de
renombre en esa época. Se doctoró en la Universidad de Ferrara (Italia) fue el pionero en
proponer la cura de las enfermedades mediante el empleo de sustancias químicas y la
cirugía, contradiciendo la doctrina de la época según el médico Galeno, que proponía la
cura a través de purgas y sangrías. La idea de este primer Toxicólogo, era que sólo la
dosis hace que una sustancia sea un veneno. De este modo ninguna sustancia es tóxica a
concentraciones lo suficientemente bajas y todas las sustancias son tóxicas a
concentraciones suficientemente elevadas.
En el esquema 1 se representan las diferencias básicas entre la Toxicología y la
Ecotoxicología.
SUSTANCIA TOXICA
ECOTOXICOLOGIA
TOXICOLOGIA
VIA DE ADMINISTRACION
ORAL
DERMAL
INYECCIÓN
INHALACIÓN
DOSIS DE
EFECTO
A TRAVES DEL
MEDIO
CONCENTRACIÓN O DILUCION
DE EFECTO
INDIVIDUOS
POBLACIONES
COMUNIDADES
ECOSISTEMAS
EXTRAPOLACIÓN
AL HOMBRE
Esquema 1
Esta afirmación nos aclara dos puntos importantes. Primero que no hay nada
intrínsecamente diferente en las sustancias tóxicas que las separe de todos los demás
elementos y compuestos. En segundo lugar, el que un tóxico ejerza o no sus efectos
biológicos, depende de la cantidad presente. Lo que podemos decir sobre la diferencia
entre una sustancia tóxica y otra no-tóxica, es que una cantidad relativamente pequeña de
un tóxico es normalmente suficiente para producir efectos nocivos.
Existen diferentes formas de evaluar la toxicidad, generalmente la variable de respuesta
más frecuente es la mortalidad de los individuos, sin embargo pueden utilizarse índices
más sofisticados que provean información sobre aspectos bioquímicos, fisiológicos,
reproductivos y de comportamiento de los organismos expuestos a los tóxicos. Surge así,
un compromiso entre la simplicidad en la evaluación de la respuesta y el realismo o el
valor de la información generada para determinar el riesgo potencial de un tóxico sobre el
ambiente. El mismo constituye un paradigma permanente en los estudios
ecotoxicológicos. Además la muerte de un porcentaje de la población puede tener
implicancias mínimas o nulas desde un punto de vista ecológico y por el contrario un
efecto subletal puede afectar el desarrollo poblacional a lo largo del tiempo.
En el esquema 2 se representa la idea planteada. Se relacionan la simplicidad de ensayo y
el realismo ecológico o ambiental. Los estudios con enzimas, expresión de genes y
fisiológicos están acotados al trabajo en laboratorio y/o al análisis de muestras
recolectadas en el campo en diferentes estaciones de muestreo según los objetivos del
estudio. El análisis de los datos obtenidos es relativamente sencillo, generalmente
univariado y consiste de estudios fácilmente replicables y reproducibles. Los estudios con
poblaciones uniespecíficas o multiespecíficas pero en un ambiente acotado a las
dimensiones del laboratorio (microcosmos) consiste en un paso más complejo en cuanto
al análisis y protocolo para su desarrollo.
Los mesocosmos consisten en estudios controlados pero en condiciones naturales, por
ejemplo diseño de pequeñas lagunas en donde se aplican los tóxicos a estudiar. El destino
de estas sustancias en el ambiente y el propio manejo del mesocosmos hacen de estas
experiencias algo no muy frecuente. Los trabajos más conocidos relacionaban la
contaminación del agua por el rociado accidental con pesticidas piretroides sobre la
diversidad biológica presente en los mesocosmos en el tiempo y el espacio. Finalmente
los trabajos realizados en las condiciones de campo en el ambiente específico,
sospechado de sufrir un daño ambiental, son los que representan el proceso real en
estudio pero están limitados a si mismos, no son repetibles ni replicables y el análisis de
datos implica generalmente estudios multivaridos.
Un análisis del peligro y del riesgo ambiental de las sustancias contaminantes, dentro del
campo de la Ecotoxicología, confronta las concentraciones que ejercen un efecto tóxico
sobre los organismos con las concentraciones de las mismas sustancias que están
presentes en los ambientes naturales. Se define como peligro a la potencialidad de una
sustancia de causar daño y riesgo a la probabilidad de que el daño realmente ocurra. Así,
en el primer caso, la evaluación del peligro potencial para el ambiente de una sustancia o
de un efluente industrial en particular, puede realizarse comparando los datos de
toxicidad obtenidos mediante la realización de ensayos con organismos acuáticos, CL50
o CENO, con las concentraciones más altas determinadas analíticamente en los cuerpos
de agua bajo estudio. En el segundo caso, el riesgo se determina estimando la
concentración ambiental (CAE) y la concentración ambiental que no produce efectos
(CANEE) para la sustancia en cuestión.
Simplicidad de ensayo
ADN/ARN
Enzimas
Fisiológicos
Uni-específicos
Microcosmos
Mesocosmos
In situ o de
campo
Realismo ambiental
Esquema 2
Así tenemos que:
Cociente de Riesgo = CAE / CANEE
CAE: concentración ambiental estimada
CANEE: concentración ambiental de no efecto estimada
Si CAE / CANEE es  a 1 existirá riesgo para el ambiente.
El CAE se determina a partir de la distribución compartimental de los compuestos una
vez liberados al ambiente. Se basa principalmente en las características físicas y químicas
de las sustancias (solubilidad en agua, vapor de presión, masa molecular, coeficiente de
partición octanol-agua, coeficiente de adsorción, entre otros), cantidades incorporadas al
ambiente y tienen en cuenta aspectos vinculados con la degradación y transformación
ambiental. Todo sumado define un escenario de exposición en tiempo y de
concentraciones ambientales para cada uno de los compartimentos del ecosistema. El
CANEE se determina mediante la realización de ensayos de ecotoxicidad con el mayor
número de especies de organismos acuáticos representantes de los diferentes niveles
tróficos. Se elige el valor de CL50 o CE50 para la especie más sensible en condiciones de
laboratorio y se divide por un valor arbitrario de seguridad, generalmente 1000, con el fin
de cubrir la incertidumbre en la extrapolación desde ensayos de laboratorio
uniespecíficos a condiciones de campo (US EPA 1984 en Okkerman et al 1991, Suter
1993, OECD 1995, Walker et al 1996). Además de estos valores arbitrarios, existen
diferentes modelos que sobre la base de los valores de CL50 o CENO obtenidos a partir
de la realización de ensayos con una batería de especies, estiman estadísticamente los
valores de CANEE (Wagner y Lokke 1991, Aldenberg y Slob 1993 en OECD 1995, Van
Straalen y Denneman 1989 en Okkerman et al 1991, Stephan et al 1985 en Okkerman et
al 1991, De Kruijf 1991). A medida que avancemos entre los distintos niveles de
organización de la materia (Esquema 3) los factores de incertidumbre se irán modificando
y deberán tenerse en cuenta cuando se intenta definir la existencia potencial o real de un
riesgo ambiental.
MOLÉCULAS
CÉLULAS
INDIVIDUOS
POBLACIONES
ECOSISTEMAS
Niveles de organización de la materia y Ecotoxicología
Esquema 3
A partir de esta introducción podemos definir Ecotoxicología como el estudio del destino
y los efectos tóxicos de sustancias contaminantes sobre los individuos, poblaciones y
comunidades biológicas. A partir de este conocimiento, definir si existe riesgo sobre los
ecosistemas naturales comparando las concentraciones de los tóxicos en el ambiente con
aquellas que producen efectos.