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A principios de los años 80, la toxicología acuática maduró considerablemente, con avances tan significativos como la identificación de bioindicadores adecuados para hacer un seguimiento a escala molecular de la toxicidad de ciertos compuestos, considerando como bioindicador cualquier cambio fisiológico, bioquímico o histológico como indicador de la exposición de un organismo a xenobióticos (Rand, 1995). La determinación de estos bioindicadores ha sido de gran utilidad para hacer seguimientos de la calidad medioambiental. (Stegeman et al., 1992)

Un bioindicador es cualquier respuesta a nivel bioquímico o celular que pueda ser relacionada cuantitativa o cualitativamente con la exposición a un compuesto químico (o grupo de compuestos químicos), y que puede ser empleada como bioensayo de la existencia en el medio de compuestos con capacidad tóxica, así como de sus efectos significativos sobre los organismos (Widdows, 1993). Es así como uno de sus principales objetivos es alertar de forma temprana la entrada de algún compuesto extraño a los organismos que esté ocasionando algún efecto a su salud.

Hasta la fecha se han propuesto diferentes “bioindicadores” o herramientas de diagnóstico a diferentes niveles de organización que han sido usadas para evaluar algún daño en los organismos.

Aunque la aplicación de bioindicadores fue propuesta en la medicina humana, estos también han sido aplicados en la toxicología clínica y, más recientemente, en la ecotoxicología. Un ejemplo de la aplicación de bioindicadores fue la medición de ciertos metabolitos de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) en la orina de algunos trabajadores expuestos a estos compuestos. (Gold y Zapata, s.f)

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Dependiendo de la concentración de dichos metabolitos se demostraba el grado de exposición de los trabajadores y se planteaba alguna alternativa para reducir la exposición, evitando daños irreversibles.

El estudio de los bioindicadores tanto en los mamíferos como en otros organismos tales como los peces, pueden ser evaluados a diferentes niveles de organización, como:

Bioquímicos y Moleculares (enzimas, proteínas, DNA, mRNA etc.) Celulares (cambios o daños en la membrana)

Histológicos (efectos en órganos y tejidos) Individuales (efectos en el crecimiento)

Figura 1. Bioindicadores a diferentes niveles de organización biológica, y diferentes escalas temporales.

Poblacionales (cambios en la reproducción) Comunidades (cambios en la diversidad)

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Como ya se mencionó anteriormente, aunque los bioindicadores pueden ser evaluados a diferentes niveles, entre más abajo sea el nivel de organización, el efecto podrá ser identificado con mayor anticipación y así se podrá alertar a las autoridades competentes de los posibles daños que los compuestos químicos presentes en los sistemas acuáticos pueden causar a los organismos, y de esta manera tomar las medidas preventivas y correctivas adecuadas ante el problema.

Todo lo contrario ocurrirá cuando el efecto sea detectado en los mayores niveles de organización, donde los cambios en la diversidad o en la reproducción serán difíciles de remediar y en algunos casos los daños serán irreversibles. Generalmente cuando se detectan efectos a este nivel ya es obvio que hay un problema.

La respuesta de los organismos, registrada a través de la respuesta bioquímica de los bioindicadores moleculares, permite detectar a priori la degradación potencial de los ecosistemas ocasionada por la exposición a elementos contaminantes. Así pues, aunque los bioindicadores no revelan directamente información acerca de los efectos de los compuestos químicos sobre los niveles superiores de organización biológica, pueden ser considerados como elementos tempranos de alarma en situaciones de impacto biológico. Es así como los bioindicadores tienen la ventaja de ser más rápidos y más baratos que el análisis químico. (Gold y Zapata, s.f)

Diversos estudios han puesto de manifiesto la supuesta relación existente entre el estado fisiológico de los organismos y los parámetros a nivel poblacional; como consecuencia de ello, los bioindicadores pueden jugar un papel sumamente importante en la evaluación de situaciones de riesgo ecológico. De esta manera, basándose en la magnitud y el patrón de las respuestas de los bioindicadores, las especies configuran su potencial medioambiental sirviendo algunas de ellas como organismos “centinela”, ya que son capaces de anunciar la presencia de

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contaminantes en el medio así como el alcance de la exposición a los mismos. (Mc Carthy y Shugart, 1990)

El uso de las respuestas bioquímicas y fisiológicas para evaluar biológicamente el impacto de los compuestos químicos en el medio natural ha ido en aumento en los últimos años (Ribeiro et al., 1999). El desarrollo reciente de bioindicadores basados en el estudio de las respuestas fisiológicas de los organismos a los contaminantes a que están expuestos, ha proporcionado las herramientas bioquímicas necesarias para desarrollar programas de evaluación sobre los efectos de dichos compuestos. (Bocquenéet al., 1997)

Desde sus comienzos, coincidiendo con la importancia del género Daphnia s.p en los estudios ecotoxicológicos, la toxicología acuática se ha servido de este crustáceo cladócero para efectuar ensayos, tanto in vivo como in vitro, conducentes a esclarecer el efecto de diversos compuestos con capacidad tóxica en distintos parámetros bioquímicos. Paralelamente al desarrollo creciente de estudios toxicológicos orientados en este sentido, se ha venido incrementando la utilización de Daphnia magna como organismo objeto de estos ensayos.

Los bioensayos son una herramienta que durante mucho tiempo han permitido evaluar la calidad de los ecosistemas acuáticos, y han sido enfocados a la prevención de la contaminación del ambiente mediante el establecimiento de parámetros de control que definen los niveles máximos de concentración de sustancias tóxicas contenidas en los residuos líquidos industriales que han de ser vertidos sobre cuerpos de agua receptores.

Dentro de las investigaciones realizadas mediante ensayos ecotoxicológicos se han utilizado organismos como Daphnia magna, caracterizada por ser una de las especies más representativas del género, con altas tasas reproductivas y de fácil aclimatación a condiciones de laboratorio.

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A continuación se describen algunas investigaciones desarrolladas mediante bioensayos sobre el género Daphnia s.p.

Estudios internacionales.

Daphnia exilis Herrick, 1895 (Crustacea: Cladócera). Una especie zooplanctónica potencialmente utilizable como organismo de prueba en bioensayos de toxicidad aguda en ambientes tropicales y subtropicales; por Fernando Martínez–Jerónimo, Jesús Rodríguez–Estrada y Laura Martínez– Jerónimo. Escuela Nacional de Ciencias Biológicas. México. Junio de 2008.

En este estudio se desarrolló un método para la producción controlada de neonatos de Daphnia exilis, un cladócero de gran talla que está ampliamente distribuido en América del Norte, y se evaluó su sensibilidad mediante bioensayos de toxicidad aguda a 20 y 25 °C, con el tóxico de referencia cromo hexavalente (Cr(VI)). La concentración letal media (CL50) determinada a 48 h fue de 0.1170 ± 0.0068 y 0.0802 ± 0.0057mg L-1, respectivamente a 20 y 25 °C, que son valores menores a los reportados para D. magna (0.2076 ± 0.0164 y 0.1544 ± 0.0175 4 mg L-1, a 20 y 25 °C respectivamente), lo que indica una mayor sensibilidad. Debido a su talla, facilidad de manejo y cultivo, así como por su sensibilidad, se sugiere a D. exilis como un organismo de prueba adecuado para la realización de estudios toxicológicos en latitudes tropicales y subtropicales.

Bioensayos de toxicidad aguda utilizando Daphnia magna straus (Cladócera, Daphniidae) desarrollada en medio de cultivo modificado; por Mónica Núñez y Jazmín Hurtado. Universidad peruana Cayetano Heredia. Perú, 2005.

Se aislaron 10 cepas de D. magna, se evaluó el desarrollo de la población (Conteo total de individuos y de hembras grávidas) empleando 3 medios de

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cultivo, medio A: jugo de alfalfa (0,250 gr/mL), medio B: levadura fresca disuelta y medio C: jugo de alfalfa y levadura disuelta. De las 10 cepas, 4 desarrollaron satisfactoriamente en el medio A, pero no sobrevivieron en los otros medios. En los ensayos ecotoxicológicos agudos frente a dicromato de potasio se encontraron valores promedio de EC50-24h 0,4045 mg/L ± 0,0389 y EC50-48h 0,1857 mg/L ± 0,0072. Con estas 4 cepas se realizaron ensayos ecotoxicológicos agudos para cianuro de potasio, que es un contaminante del sector minero, encontrándose valores de EC50-24h 1,5388 mg/L ± 0,1146 y EC 50-48h de 0,6359 mg/L ± 0,0516. Los valores de EC50 a las 48 horas están por debajo del límite permisible para liberación de cianuro en efluentes del sector Energía y Minas.

Calibración del Bioensayo de toxicidad aguda con Daphnia pulex (Crustacea: Cladócera) usando un tóxico de referencia; por Jeannette Silva, Guillermo Torrejón, Enrique Bay-Schmith1 y Alberto Larrain. Chile, 2003.

El estudio de calibración que aquí se expone determina la precisión y exactitud intralaboratorio (Laboratorio de Bioensayos, Universidad de Concepción) alcanzadas en la ejecución del bioensayo de toxicidad aguda con Daphnia

pulex De Geer 1877 (Crustacea: Cladócera) mediante la determinación de la

inhibición de la movilidad (mortalidad) utilizando bicromato de potasio (K2Cr2O7) como tóxico de referencia. El objetivo final del estudio de calibración es determinar la CL50-24h (concentración letal 50) promedio y el rango de sensibilidad, representado por los límites de vigilancia superior (LVS) e inferior (LVI), al 95 %, de la mortalidad de D. pulex frente al tóxico de referencia. La calibración fue realizada en base a nueve (n=9) valores de CL50-24 h de bicromato de potasio, dando como resultado el siguiente rango de sensibilidad = 0,092 - 0,197 mg.L-1y una CL50 - 24 h de 0,145 mg.L-1. Esos valores revelan una mayor sensibilidad de la población chilena de D. pulex respecto a las poblaciones del hemisferio norte.

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Bioensayos de toxicidad aguda en neonatos de Moina macrocopa (Straus, 1820) (Crustácea: branchiopoda) expuestos a soluciones de hidróxido de sodio (NaOH); por Mac-Quhae, César Augusto. Licenciado en Biología Marina. Universidad de Oriente, Núcleo Nueva Esparta, Venezuela. Agosto de 2002.

Los bioensayos se realizaron con la especie Moina macrocopa (Straus, 1820), la cual fue colectada del canal de aguas servidas de la Ciudad de Juan Griego, Isla de Margarita, Venezuela e identificada por el Laboratorio de Cultivo de Zooplancton del Instituto de Investigaciones Científicas (I.I.C.) de la Universidad de Oriente, Núcleo Nueva Esparta, Venezuela.

La selección de M. macrocopa obedeció a la disponibilidad de cepas por parte del I.I.C.; la existencia de protocolos estandarizados para bioensayos de toxicidad específicos descritos por Rodríguez y Esclapés (1995) y Esclapés (1999); su condición cosmopolita, reportándose en Venezuela en los estados Carabobo, Aragua y Nueva Esparta (Pereira y García, 1995; Rodríguez y Esclapés, 1995; Hernández et al, 1999); su importancia ecológica y su sensibilidad a ambientes intervenidos; además de ser organismos de fácil mantenimiento bajo condiciones de laboratorio.

Como conclusiones para este proyecto se establecieron las siguientes: 1) La CL50 de NaOH a las 48 h en agua sintética dura para Moina macrocopa por los métodos Binomial y Logit fue de (25,72 y 25,64) mg/L respectivamente. 2) La CL50 de NaOH a las 48 h en agua del río Orinoco para M. macrocopa por los métodos Binomial, Logit y Probit fue de (22,34; 21,57 y 21,61) mg/L respectivamente. 3) El hidróxido de sodio resultó más tóxico en el agua del río Orinoco que en el agua sintética dura. 4) Al adicionar hidróxido de sodio a las soluciones de exposición, se observó un incremento de pH de por lo menos 3,57 en el agua del río Orinoco, superior al aumento > 1,15 presentado en el agua sintética dura; y 5) Las condiciones físico-químicas, el alimento y los

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medios de cultivo resultaron óptimos para la reproducción y mantenimiento de

M. macrocopa.

Las recomendaciones planteados en la investigación fueron: 1) Utilizar técnicas diferentes de preparación de agua sintética dura (160 - 180 mg/L CaCO3) para cladóceros. 2) Estudiar si los fenoles aumentan el grado de toxicidad del hidróxido de sodio sobre los organismos acuáticos. 3) Realizar bioensayos de toxicidad crónica con hidróxido de sodio, donde se estudie el efecto producido sobre los aspectos biológicos y fisiológicos de Moina macrocopa. 4) Realizar bioensayos de toxicidad con hidróxido de sodio en otras especies acuáticas; y 5) Elaboración de normas donde se regule la concentración de hidróxido de sodio en los desechos industriales.

Estudios Nacionales.

En Colombia las Entidades de Manejo y Administración del Recurso EMAR son las encargadas de la realización de bioensayos y del establecimiento de la CL50-96 de las sustancias de interés sanitario (Concentración letal en la cual el 50% de la población expuesta muere). Aunque la legislación existe (Decreto 3930 de 2010), la capacidad de gestión es muy baja y no define con qué especies se deben realizar estas determinaciones. Actualmente sólo algunas entidades estatales como la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca C.A.R. dentro del programa de control de la contaminación de aguas bajo su jurisdicción ha empezado a realizar dichos bioensayos, usando Daphnia magna, especie reconocida y recomendada internacionalmente para la realización de estas pruebas.

Algunas de las investigaciones realizadas sobre el cladócero Daphnia magna son: Zúñiga de Cardoso, M. del C. 1989. Evaluación de Toxicidad aguda en métales

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pesados a través de Bioensayos con el microcrustáceo Daphnia magna (Cladócera). Revista Asociación de Ingenieros Sanitarios de Antioquia, AINSA. 9 (1): 77 – 96; Satizábal, C.A., M. Andrade B., M. del C. Zúñiga. 1999. Toxicidad aguda del aluminio sobre Daphnia magna en aguas con diferentes niveles de dureza. Actualidades Biológicas. 27(71): 131-142.

Estudios Universitarios

Universidades como la Nacional y la Pontificia Javeriana han desarrollado numerosas investigaciones con base en la dosis-respuesta a partir de diferentes organismos, entre los cuales se encuentra el cladócero Daphnia magna, donde han contribuido a la toma de decisiones como criterios de calidad de agua para el control de la contaminación en el recurso.

Por otro lado, la Universidad de La Salle creó un laboratorio especializado en bioensayos que durante años ha contribuido al análisis toxicológico de muchas sustancias que en la actualidad son descargados como residuos líquidos en diferentes efluentes de la capital, lo que le permite desarrollarse y especializarse cada vez más en este campo tan importante para el control de la contaminación. Este laboratorio, ha sido gestionado por Rubén Darío Londoño, Yaneth Parra y Pedro Miguel Escobar, en donde se realizaron proyectos de investigación utilizando bioensayos, dentro de los cuales se encuentran.

En 2010, Morales y Contreras determinaron que la CL50-48 para dicromato de potasio es de 29.55 mg/L, para selenio de 0.7797 mg/L y para bario de 29.55 mg/L, sobre Daphnia pulex. En este mismo año Torres y Quintero obtuvieron las siguientes concentraciones letales medias: dicromato de potasio de 0.99mg/L, arsénico de 0.0671 mg/L y aluminio de 0.8594 mg/L, utilizando como bioindicador

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Rodríguez y Torres, 2010, determinaron la concentración letal sobre Daphnia

magna obteniendo los siguientes valores. Dicromato de potasio: CL50-48 de 0.5 mg/L; fenol: CL50-48 de 8.967 mg/L; y cloro: CL50-48 de 0.282 mg/L.

En el 2008 Álvarez y Monge establecieron los siguientes valores utilizando

Daphnia magna. Dicromato de potasio: CL50-48 de 1.372 mg/L; cobre: CL50-48 de 0.0500 mg/L; y cromo: CL50-48 de 0.518 mg/L. en este proyecto se concluyo que “Daphnia magna posee una mayor resistencia y un mayor tiempo de respuesta frente a los metales cromo y cobre respecto a la Daphnia pulex”

Para el mismo año Zarate y Sierra obtuvieron las concentraciones letales de plomo y plata sobre Daphnia magna, obteniendo 9.49 mg/L y 8,925x10^-8 mg/L, respectivamente. La concentración letal media para dicromato de potasio fue de 1.05mg/L

Gómez y Ramírez determinaron para glifosato una concentración letal media de 42.9053mg/L. Alcalá concluyo que la concentración letal media CL50-48, de níquel en Daphnia magna, para el vertimiento de la industria de galvanotecnia Nicrozync Ltda, fue de 5.89mg/L.

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