En toxicología acuática , la bioconcentración es la acumulación de una sustancia química transmitida por el agua en un organismo expuesto al agua. [1] [2]
Hay varias formas de medir y evaluar la bioacumulación y la bioconcentración. Estos incluyen: coeficientes de partición octanol-agua (K OW ), factores de bioconcentración (BCF), factores de bioacumulación (BAF) y factores de acumulación de biotasa-sedimentos (BSAF). Cada uno de estos se puede calcular utilizando datos o mediciones empíricas, 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 se puede expresar como la relación entre la concentración de una sustancia química en un organismo y la concentración de la sustancia química en el ambiente circundante . El BCF es una medida del grado de intercambio químico entre un organismo y el entorno que lo rodea. [5]
En el agua superficial, el BCF es la relación entre la concentración de una sustancia química en un organismo y la concentración acuosa de la sustancia química. El BCF a menudo se expresa en unidades de litro por kilogramo (relación de mg de sustancia química por kg de organismo a mg de sustancia química por litro de agua). [6] 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 los productos químicos se dividen 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]
La bioconcentración puede describirse mediante un factor de bioconcentración (FBC), que es la relación entre la concentración química en un organismo o biota y la concentración en el agua: [2]
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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 ) se correlaciona con la posibilidad de que una sustancia química se bioacumule en los organismos; El BCF se puede predecir a partir de log K ow , mediante programas informáticos basados en la relación estructura-actividad (SAR) [7] o mediante la ecuación lineal :
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Dónde:
en equilibrio
La fugacidad y el BCF se relacionan entre sí en la siguiente ecuación:
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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]
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), se considera que una sustancia no es bioacumulativa si tiene un BCF inferior a 1000, bioacumulativa si tiene un un BCF de 1000 a 5000 [10] y muy bioacumulable si tiene un BCF superior 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]
Un factor de bioconcentración superior a 1 es indicativo de una sustancia química hidrófoba o lipófila . Es un indicador de la probabilidad de que una sustancia química se bioacumule . [1] Estos químicos tienen altas afinidades por los lípidos y se concentrarán en tejidos con alto contenido de lípidos en lugar de en un ambiente acuoso como el citosol . Los modelos se utilizan para predecir la partición química en el medio ambiente, lo que a su vez permite predecir el destino biológico de las sustancias químicas lipófilas. [1]
Sobre la base de un supuesto escenario de estado estacionario, se modela el destino de una sustancia química en un sistema dando fases finales y concentraciones previstas. [12]
Es necesario tener en cuenta que alcanzar el estado estable puede necesitar una cantidad sustancial de tiempo, según se estima mediante la siguiente ecuación (en horas). [13] [14]
Para una sustancia con un log (K OW ) de 4, se necesitan aproximadamente cinco días para alcanzar un estado estacionario efectivo. Para un log(K OW ) de 6, el tiempo de equilibrio aumenta a nueve meses.
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 fines ambientales. Es la propensión a la fuga de un material. [1] El BCF puede determinarse a partir de los parámetros de salida de un modelo de fugacidad y, por lo tanto, usarse para predecir la fracción de sustancia química que interactúa inmediatamente con un organismo y que posiblemente tenga un efecto sobre él. [ cita necesaria ]
Si se dispone de valores de fugacidad específicos del organismo , es posible crear un modelo de red alimentaria que tenga en cuenta las redes tróficas . [1] Esto es especialmente pertinente para los productos químicos conservadores que no se metabolizan fácilmente en productos de degradación. La biomagnificación de sustancias químicas conservadoras, como los metales tóxicos, puede ser perjudicial para los superdepredadores como las orcas , las águilas pescadoras y las águilas calvas . [ cita necesaria ]
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 BCF 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 mediante la ingestión y los gradientes osmóticos en las laminillas branquiales . [6]
Al trabajar con macroinvertebrados bentónicos , tanto el agua como los sedimentos bentónicos pueden contener sustancias químicas que afecten al organismo. El factor de acumulación de biotasa-sedimentos (BSAF) y el factor de biomagnificación (BMF) también influyen en la toxicidad en ambientes acuáticos. [ cita necesaria ]
BCF no toma en consideración explícitamente el metabolismo, por lo que debe agregarse a los modelos en otros puntos mediante ecuaciones de absorción, eliminación o degradación para un organismo seleccionado.
Las sustancias químicas con valores altos de BCF son más lipófilas y, en equilibrio, los organismos tendrán mayores concentraciones de sustancias químicas que otras fases del sistema. La carga corporal es la cantidad total de sustancia química en el cuerpo de un organismo, [12] y la carga corporal será mayor cuando se trata de una sustancia química lipófila.
Para determinar el grado en el que se produce la bioconcentración hay que tener en cuenta factores biológicos. La velocidad a la que un organismo está expuesto a través de las superficies respiratorias y el contacto con las superficies dérmicas del organismo compite con la velocidad de excreción de un organismo. La tasa 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 debido a que la masa del organismo aumenta 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 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]
Las variables estáticas también influyen en el BCF. Debido a que los organismos se modelan como bolsas de grasa, la proporción de lípidos a agua es un factor que debe tenerse en cuenta. [6] El tamaño también influye, 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 del BCF debido a que determina todos los factores biológicos que alteran un BCF. [6]
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 de pH que se ve influenciado por un cambio de temperatura también puede influir en la biodisponibilidad [1]
El contenido de partículas naturales y el contenido de carbono orgánico en el agua pueden afectar la biodisponibilidad. El contaminante puede unirse a las partículas del agua, dificultando su absorción, además de ser ingerido por el organismo. Esta ingestión podría consistir en partículas contaminadas que provocarían que la fuente de contaminación provenga de algo más que agua. [15]
