EVALUACIÓN IN SITU DEL EFECTO DE COP´s EN Uca princeps MEDIANTE BIOMARCADORES

MÚLTIPLES

EVALUACIÓN IN SITU DEL EFECTO DE COP´s EN Uca princeps MEDIANTE BIOMARCADORES

MÚLTIPLES

RESUMEN

Zúñiga-Sebastian1, García de la Parra L2, Betancourt M 2, Eslava C 3, Ponce L4, Piña L1, Alejandre S1 y Vanegas C.1

1Facultad de Ciencias-UNAM. 2CIAD-Mazatlán. 3Posgrado de Medicina-UNAM. 4ICyML-UNAM, México D.F.

Los estudios de impacto biológico de los contaminantes en ambientes lagunares-estuarinos son escasos debido a la complejidad y dinámica propia de tales sistemas. En estos ecosistemas, la implementación de biomarcadores múltiples constituye una herramienta útil para detectar y cuantificar los efectos biológicos de los contaminantes y su grado de exposición y para establecer el estado de salud del sistema. En el Estero de Urías, Sinaloa, se evaluó el efecto de la exposición in situ a contaminantes orgánicos persistentes en el cangrejo violinista Uca princeps por medio de biomarcadores (de exposición y de efecto) en dos épocas climáticas. Adicionalmente se cuantificó la concentración de HPA´s y plaguicidas (organoclorados y organofosforados) en agua, sedimentos y organismos para establecer relaciones de causalidad. Los resultados obtenidos denotan sitios diferenciados de depósito y de bioacumulación de diversos HPA´s y plaguicidas constituyendo un riesgo para las poblaciones ya que se sobrepasaron niveles de calidad sedimentaria y niveles críticos de exposición crónica para la biota. La mayor alteración de los biomarcadores de exposición evaluados, esterasas y actividad EROD, se relacionó con las concentraciones de plaguicidas e HPA´s evaluados en sedimentos y organismos. De los biomarcadores de efecto evaluados a diferentes niveles de organización biológica, las mayores alteraciones se observaron en la capacidad antioxidativa (FRAP) de los organismos y en las modificaciones en el sustratoenergético utilizado por los cangrejos (relación O/N) relacionándose estos con la concentración y bioacumulación de los tóxicos. Las alteraciones biológicas observadas sugiere una interacción entre contaminantes observándose además un efecto espacio-temporal del depósito diferencial de los tóxicos evaluados.

INTRODUCCIÓNLos estudios del efecto tóxico de la contaminación acuática y su impacto en sistemas costeros mexicanos, particularmente lagunares-estuarinos son escasos. De estos estudios, los efectuados in situ han sido desarrollados en zonas templadas los cuales no reflejan el comportamiento de los sistemas tropicales; de ahí la importancia de valorar la sensibilidad de organismos nativos a los tóxicos ambientales considerando un enfoque de biomarcadores múltiples.

Los biomarcadores se definen como una respuesta biológica cuantificable al efecto adverso a tóxicos y otros estresores ambientales a nivel sub-organismo (molecular, bioquímico), organismo (fisiológico, conductual) y supra-organismo (población, comunidad). A su vez, dan cuenta de la severidad del efecto y/o los mecanismos de acción tóxica involucrados, y aportan información temprana del efecto adverso en la biota y su probable impacto a niveles superiores, permitiendo establecer los vínculos de causalidad entre la concentración de los tóxicos presentes y las alteraciones biológicas (fig. 1).

En las últimas décadas se ha destacado la utilización de organismos biomonitores que reflejen el grado de contaminación de su ambiente. Los cangrejos violinistas, como Uca princeps, son de especial interés debido a su asociación con los sedimentos en las lagunas costeras, influyendo en la dinámica ecológica de dichos sistemas (fig. 2).

El Estero de Urías, Sinaloa, es un sistema complejo en la costa este del pacífico mexicano, que recibe aportes antropogénicos con una gran variedad de contaminantes producto de las descargas de industrias alimenticias y urbanas, efluentes provenientes de la acuicultura y agricultura, y emisiones de instalaciones de PEMEX y CFE, entre otras, que han contribuido al deterioro del sistema (fig. 3).

Los estudios del efecto tóxico de la contaminación acuática y su impacto en sistemas costeros mexicanos, particularmente lagunares-estuarinos son escasos. De estos estudios, los efectuados in situ han sido desarrollados en zonas templadas los cuales no reflejan el comportamiento de los sistemas tropicales; de ahí la importancia de valorar la sensibilidad de organismos nativos a los tóxicos ambientales considerando un enfoque de biomarcadores múltiples.

Los biomarcadores se definen como una respuesta biológica cuantificable al efecto adverso a tóxicos y otros estresores ambientales a nivel sub-organismo (molecular, bioquímico), organismo (fisiológico, conductual) y supra-organismo (población, comunidad). A su vez, dan cuenta de la severidad del efecto y/o los mecanismos de acción tóxica involucrados, y aportan información temprana del efecto adverso en la biota y su probable impacto a niveles superiores, permitiendo establecer los vínculos de causalidad entre la concentración de los tóxicos presentes y las alteraciones biológicas (fig. 1).

En las últimas décadas se ha destacado la utilización de organismos biomonitores que reflejen el grado de contaminación de su ambiente. Los cangrejos violinistas, como Uca princeps, son de especial interés debido a su asociación con los sedimentos en las lagunas costeras, influyendo en la dinámica ecológica de dichos sistemas (fig. 2).

El Estero de Urías, Sinaloa, es un sistema complejo en la costa este del pacífico mexicano, que recibe aportes antropogénicos con una gran variedad de contaminantes producto de las descargas de industrias alimenticias y urbanas, efluentes provenientes de la acuicultura y agricultura, y emisiones de instalaciones de PEMEX y CFE, entre otras, que han contribuido al deterioro del sistema (fig. 3).

Figura 1. Respuestas biológicas de los organismos a los tóxicos ambientales en relación al tiempo de respuesta y la relevancia ecológica (Adams, 1990). Las respuestas resaltadas en azul fueron las consideradas para el presente estudio.

BAJA RELEVANCIAECOLÓGICA

RESPUESTASLARGO PLAZO

RESPUESTASCORTO PLAZO

ELEVADA RELEVANCIAECOLÓGICA

ENZIMAS- ENZIMASDESINTOXICACIÓN

INMUNOLÓGICO

HISTOPATOLÓGICO

INDICES DE CONDICIÓNBIOENERGETICA

POBLACIÓN YCOMUNIDAD

ECOSISTEMA

BIOQUÍMICO

FISIOLÓGICO

COMPETENCIAREPRODUCTIVA

Ø La evaluación múltiple de diversos biomarcadores bioquímicos y fisiológicos en Uca princeps refleja la respuesta organísmica integral, en un escenario más real ante la exposición in situ de contaminantes orgánicos persistentes (COPs): HPA´s, OFs y OC´s.

Ø La alteración de cada uno de los biomarcadores está determinada por la interacción de más de un grupo de contaminantes, no reflejando la “especificidad” de cada uno de estos grupos de tóxicos.

Ø De manera global, La Sirena es el sitio de mayor impacto en U. princeps dada la concentración más elevada de los diferentes grupos de contaminantes (sitio de depósito). Isla Soto es el sitio de un aparente menor impacto.

Ø Los COPs bioacumulados no siempre se relacionan con las concentraciones detectadas en los sedimentos de los diferentes sitios de estudio, lo cual sugiere diferentes nivelesde persistencia y de biodisponibilidad.

Ø Las concentraciones de HPAs, OFs y OCs registradas en los sedimentos y las bioacumuladas sugieren un riesgo potencial para las poblaciones de Uca princeps.

CONCLUSIONES

Figura 2. Uca princeps.

Figura 4. Niveles de HPA´s, OC´s y OF´s en sedimentos superficiales y organismo completo en la época de lluvias.

0

1

2

3

4

5ITMAR

SirenaI. Soto

0

1

2

3

4

5ITMAR

SirenaI. Soto HPA´sOF´sOC´s

0

0.5

1

1.5

2VO2

NATO/N I. SotoITMARSirena

HEMOLINFA

0

0.4

0.8

1.2

1.6

AChE

CbE

FRAP

Proteína

I. SotoITMARSirena

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

CbE

AChEProteína

MUSCULO

012345678

ITMAR

SirenaI. Soto

ORGANISMO

01234567

ITMAR

SirenaI. Soto

OC´sOF´sHPA´s

SEDIMENTO

Figura 7. Niveles de HPA´s, OC´s y OF´s en sedimentos superficiales y organismo completo en la época de Secas.

0

0.5

1

1.5

2VO2

NATO/NI. SotoITMARSirena

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2AChE

CbE

FRAP

Proteína

I. SotoITMARSirena

HEMOLINFAMUSCULO

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2CbE

AChEProteína

RESULTADOS Y DISCUSIÓNLas gráficas de estrella son un método sencillo que permite observar de manera global la respuesta integral de los organismos (RIB; respuesta integral de biomarcadores) a la exposición ambiental de compuestos orgánicos.

Durante la época de lluvias, se presentaron diferentes niveles de compuestos orgánicos persistentes (COP´s) en los sedimentos; en Sirena e ITMAR se registraron los niveles más altos de HPA´s (24.92 y 23.24 µg g-1) y OC´s (166.24 y 27.76 ng g-1 ); los OF´s sólo se detectaron en Sirena (fig. 4). En U. princeps, sólo la población de Isla de Soto acumuló niveles de HPA´s elevados (3.42 µg g-

1). La población de la Sirena presentó la mayor bioacumulación de OC´s (644.2 ng g-1); en ITMAR e Isla Soto los niveles acumulados fueron bajos (38.41 y 21.94 ng g-1) pero aún así rebasan los criterios de calidad sedimentaria (ERL). En U. princeps no se detectaron OF´s (fig. 4).

Las gráficas de estrella son un método sencillo que permite observar de manera global la respuesta integral de los organismos (RIB; respuesta integral de biomarcadores) a la exposición ambiental de compuestos orgánicos.

Durante la época de lluvias, se presentaron diferentes niveles de compuestos orgánicos persistentes (COP´s) en los sedimentos; en Sirena e ITMAR se registraron los niveles más altos de HPA´s (24.92 y 23.24 µg g-1) y OC´s (166.24 y 27.76 ng g-1 ); los OF´s sólo se detectaron en Sirena (fig. 4). En U. princeps, sólo la población de Isla de Soto acumuló niveles de HPA´s elevados (3.42 µg g-

1). La población de la Sirena presentó la mayor bioacumulación de OC´s (644.2 ng g-1); en ITMAR e Isla Soto los niveles acumulados fueron bajos (38.41 y 21.94 ng g-1) pero aún así rebasan los criterios de calidad sedimentaria (ERL). En U. princeps no se detectaron OF´s (fig. 4).

SEDIMENTO ORGANISMO

Las respuestas fisiológicas evaluads en Uca de la Sirena e Isla Soto presentaron los menores valores, pero sólo en los cangrejos de Sirena se relacionaron con los niveles de HPA´s y OC´s acumulados. Las respuestas elevadas de Uca de ITMAR se relacionó con los HPA´s bioacumulados (Fig. 5).

Las respuestas fisiológicas evaluads en Uca de la Sirena e Isla Soto presentaron los menores valores, pero sólo en los cangrejos de Sirena se relacionaron con los niveles de HPA´s y OC´s acumulados. Las respuestas elevadas de Uca de ITMAR se relacionó con los HPA´s bioacumulados (Fig. 5).

Figura 6. Diagrama de RIB (de exposición y efecto) en hemolinfa y músculo de U. Princeps durante la época de lluvias.

Figura 5. Diagrama de RIB de efecto (fisiológicos) en U. Princeps en la época de lluvias.

En la hemolinfa, los niveles de esterasas y la capacidad antioxidativa (FRAP) de los cangrejos de Isla Soto fueron los más elevados, siendo éstos inhibidos en los Ucas de la Sirena e ITMAR; las proteínas, fueron en todos los casos, similares. En músculo, la actividad más baja de las esterasas (AChE y CbE) se presentó en los organismos de La Sirena (Fig. 6).

En la hemolinfa, los niveles de esterasas y la capacidad antioxidativa (FRAP) de los cangrejos de Isla Soto fueron los más elevados, siendo éstos inhibidos en los Ucas de la Sirena e ITMAR; las proteínas, fueron en todos los casos, similares. En músculo, la actividad más baja de las esterasas (AChE y CbE) se presentó en los organismos de La Sirena (Fig. 6).

Durante la época de secas, en los sedimentos de la Sirena se presentaron los mayores niveles de OF´s (0.540 mg/kg) y en ITMAR de HPA´s y OC´s (24.28 µg g-1 y 80.42 ng g-1) (fig. 7). Los niveles bioacumulados de OF´s en U. princeps fueron elevados en las diferentes poblaciones (1.487, 1.479 y 1.25 mg/Kg). En los cangrejos de La Sirena e ITMAR se observó la mayor bioacumulación de HPA´s (1.91 y 1.13 µg g-1) y en estos últimos los más altos niveles de OC´s (17.91 ng g-1) (fig. 7).

Durante la época de secas, en los sedimentos de la Sirena se presentaron los mayores niveles de OF´s (0.540 mg/kg) y en ITMAR de HPA´s y OC´s (24.28 µg g-1 y 80.42 ng g-1) (fig. 7). Los niveles bioacumulados de OF´s en U. princeps fueron elevados en las diferentes poblaciones (1.487, 1.479 y 1.25 mg/Kg). En los cangrejos de La Sirena e ITMAR se observó la mayor bioacumulación de HPA´s (1.91 y 1.13 µg g-1) y en estos últimos los más altos niveles de OC´s (17.91 ng g-1) (fig. 7).

En los organismos de ITMAR la relación O/N fue la más elevada y se correlacionó con los niveles bioacumulados de los diferentes compuestos orgánicos (Fig. 9).

En los organismos de ITMAR la relación O/N fue la más elevada y se correlacionó con los niveles bioacumulados de los diferentes compuestos orgánicos (Fig. 9).

Figura 9. Diagrama de RIB de efecto (fisiológicos) en U. Princeps en la época de secas.

En las poblaciones de ITMAR y La Sirena la actividad en hemolinfa de CbE está inhibida, no así la actividad enzimática de AChE que en las tres poblaciones son similares; de igual manera la capacidad antioxidativa de los cangrejos de La Sirena está reducida (Fig. 8). En músculo, en los cangrejos de La Sirena se observó la mayor inhibición de la actividad de las esterasas (AChE y CbE) (Fig. 8). Estas respuestas (biomarcadores de exposición y de efecto) se relacionaron con los altos niveles de OF´s bioacumulados.

En las poblaciones de ITMAR y La Sirena la actividad en hemolinfa de CbE está inhibida, no así la actividad enzimática de AChE que en las tres poblaciones son similares; de igual manera la capacidad antioxidativa de los cangrejos de La Sirena está reducida (Fig. 8). En músculo, en los cangrejos de La Sirena se observó la mayor inhibición de la actividad de las esterasas (AChE y CbE) (Fig. 8). Estas respuestas (biomarcadores de exposición y de efecto) se relacionaron con los altos niveles de OF´s bioacumulados.

Figura 8. Respuestas de biomarcadores de exposición y efecto en musculo y hemolinfa de U. Princeps durante la época de Secas.

MATERIALES Y MÉTODOS

Biomarcadoresde Efecto

(sub-organismo-organismo)

VO2, NAT, O/N, FRAP

Evaluación de Biomarcadores

Análisis de HPA´s

Análisis de OC´s y OF´s

RELACIONES DE CAUSALIDADANALISIS MULTIVARIADO

Área de estudio:Estero de Urías, Mazatlán

Selección de lossitios de estudio (3):

• Gradiente de concentración?• Aportes de contaminantes

LLUVIAS / SECAS

Sedimento Organismos

Biomarcadoresde Exposición

(sub-organismo) AChe, CbE, EROD

Toma de muestras

Figura 3. Estero de Urías, Mazatlán, Sinaloa. Se señalan los puntos de estudio (estrella) para la evaluación in situ de Uca princeps: Isla de Soto, cercano a la zona portuaria e industrial; ITMAR, cercana a las procesadoras de alimentos marinos y área rural; La Sirena con mayor influencia de zonas agrícolas de temporal y granjas acuícolas.

ISLA DE SOTO

ITMAR

SIRENA

El propósito fundamental del presente estudio es el de evaluar ycaracterizar los efectos de la contaminación en los sedimentos del Estero de Urías, Sin., en la especie residente Uca princeps, mediante la evaluación de biomarcadores de exposición y de efecto en dos épocas contrastantes (lluvias y secas), y el de establecer la validez de las relaciones de toxicidad causa-efecto.

El propósito fundamental del presente estudio es el de evaluar ycaracterizar los efectos de la contaminación en los sedimentos del Estero de Urías, Sin., en la especie residente Uca princeps, mediante la evaluación de biomarcadores de exposición y de efecto en dos épocas contrastantes (lluvias y secas), y el de establecer la validez de las relaciones de toxicidad causa-efecto.

OBJETIVO