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.