INDICADORES BIOL

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INDICADORES BIOLÓGICOS

• Dra. Gabriela Eguren - Facultad de Ciencias

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BIOMARCADORES

• Cambio en una respuesta biológica que puede ser
  relacionada a la exposición a, o al efecto tóxico
  de, un compuesto químico ambiental/mezcla.
• Respuesta biológica Pueden ser respuestas a
  diferentes niveles de organización jerárquica
  molecular, bioquímico, fisiológico, etológico,
  poblacional, comunitario y ecosistémico.
• El uso de BK está limitado principalmente a
  cambios causados por compuestos químicos
  ambientales. Cuidado con otras variables que
  modulan la expresión de la respuesta que se está
  evaluando.

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BASES PARA EL USO DE BIOMARCADORES

• Homeostasis mantenimiento de las condiciones
  internas relativamente estables luego de un
  cambio.
• Dado que algunos organismos no mantienen una
  verdadera homeostasis sino que responden al
  cambio de forma tal que el efecto neto sobre un
  sistema fisiológico particular sea estable o
  tienda a la estabilidad.
• En este contexto, la homeostasis es considerada
  como el mantenimiento de la función corporal
  dentro de un rango de parámetros normales para el
  organismo.
• Por tanto para el uso de BK es necesario conocer
  el rango normal de valores de la respuesta
  seleccionada a nivel poblacional.

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BASES PARA EL USO DE BIOMARCADORES

• Homeostasis implica adaptación al estrés para que
  el organismo pueda continuar funcionando.
  Entonces un BK apropiado es aquel que responde a
  cambios no naturales, que pueden o no ejercer
  efectos deletéreos y que son medidos fuera del
  rango homeostático.

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UMBRAL DE RIESGO
MUERTE
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MECANISMO DE ACCIÓN TÓXICA

• La acción tóxica de un contaminante está
  influenciada por su biodisponibilidad, ruta de
  exposición, nivel y tiempo de exposición.
• La primera reacción del organismo frente a un
  tóxico es a nivel molecular y celular en los
  tejidos u órganos blanco. Diferentes mecanismos
  que conducen a la inhibición o activación de
  rutas metabólicas. Pueden ser reversibles o
  irreversibles. Ejemplos formación de
  micronúcleos, activación de enzimas de
  detoxificación e inhibición de acetilcolinas
  (Ache y Bche).

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MECANISMO DE ACCIÓN TÓXICA

• Respuestas subletales de compensación y
  reparación pueden prevenir el daño. Si estas
  barreras son superadas se desencadenan mecanismos
  en cascada tendientes a contrarrestar la acción
  del tóxico y se expresan otras respuestas en el
  siguiente nivel de organización jerárquica.
• A nivel individual Célula - Tejido - Órgano y
  Sistemas.
• A nivel poblacional cambios en frecuencia génica
  (expresión de genes recesivos), en la estrategia
  reproductiva (edad de maduración, épocas de
  desove, número de puestas).
• A nivel de comunidades cambios en composición
  específica (en proporción, aparición y
  desaparición de especies) y en la abundancia.

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Efectos a diferentes niveles de organización
jerárquica
Comunidad/Ecosistema
Población
Organismo
Función
Adaptación fisiológica
Diversidad
Extinción
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CLASIFICACIÓN DE BIOMARCADORES SEGÚN LA RESPUESTA
BIOLÓGICA MEDIDA

• Biomarcadores de exposición indican que la
  exposición a un compuesto o clase de compuesto
  químico a ocurrido. Son cambios que pueden estar
  directamente relacionados a un compuesto químico
  o grupo. Los cambios en el BK indican la
  biodisponibilidad del contaminante y la magnitud
  del mismo puede relacionarse directamente al
  grado de exposición. O pueden no relacionarse a
  compuestos específicos.
• Biomarcadores de efecto respuestas que indican
  que ha ocurrido tanto exposición como efectos
  adversos.

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CLASIFICACIÓN DE BIOMARCADORES SEGÚN EL COMPUESTO
QUÍMICO

• Biomarcadores Específicos son respuestas
  biológicas provocadas por la exposición a un
  compuesto o clase de compuestos químicos
  particular. Ejemplos inducción del citocromo
  P450 1A en respuesta a contaminantes orgánicos
  como PCB o Dx y Fx inhibición de las
  colinesterasas por organofosofrados o de la ALAD
  por plomo.
• Biomarcadores generales son respuestas más
  integradoras que son provocadas por diferentes
  grupos de compuestos químicos, no permiten
  identificar el agente causante del efecto.
  Ejemplos cambios histopatológicos (acumulación
  de lípidos, necrosis, aparición de tumores,
  cirrosis, hiperplasia o hipertrofia), daños en la
  estabilidad de la membrana lisosómica, inducción
  de metalotioneina.

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RELEVANCIA DE RESPUESTA BIOLÓGICA

• Las respuestas en niveles inferiores de
  organización (molecular y celular) son
  generalmente más específicos en relación al
  compuesto o clase de compuesto químicos.
• Los efectos a niveles superiores como individual,
  poblacional y de comunidades son menos
  específicos y están fuertemente influenciados por
  estresores naturales (estado fisiológico del
  organismo, etapa del ciclo de vida, competencia,
  predación, etc.).
• Para interpretar y diferenciar entre efectos
  ecológicos debidos a agentes naturales o químicos
  ambientales es necesario relacionar respuestas
  poblacionales a una batería de respuestas más
  específicas que permiten establecer relaciones de
  causalidad.

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BAJA IMPORTANCIA ECOLÓGICA
BIOQUÍMICA
ENZIMAS DETOXIFICANTES
INMUNOLÓGICA
FISIOLÓGICA
HISTOPATOLÓGICA
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ESTRATEGIA JERÁRQUICA PARA EL USO DE
BIOMARCADORES

• Batería de BK relativamente baratos, rápidos y
  generales
• Selección de respuestas fisiológicas o
  patológicas a una amplia variedad de compuestos
  químicos que reflejen problemas en el ecosistema.
  
• Integran los efectos de los agentes estresores a
  los que el organismo está expuesto y permiten
  entender la susceptibilidad y estado de salud de
  un organismo.
• Ejemplos reserva energética total, análisis
  hematológico.

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ESTRATEGIA JERÁRQUICA PARA EL USO DE
BIOMARCADORES

• BK que permitan identificar el agente químico
  causante del problema
• Proveen información de la clase de compuesto
  químicos e información sobre el mecanismo de
  acción tóxica y su progresión.
• Ejemplos formación de aductos en el DNA,
  inhibición de Ache.
• Monitoreo a largo plazo
• Usando BKS para evaluar la recuperación del
  sistema , complementado con análisis químico y
  estudios a nivel de ecosistemas.

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(No Transcript)
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APLICACIONES

• Evaluación ambiental
• Identificación y determinación de la distribución
  geográfica de los efectos de compuestos químicos
  ambientales - Gradientes de contaminación vs.
  respuestas biológicas. Muestreo de organismo
  centinela o colocación en jaula, para
  determinación de una batería de BK.
• Monitoreo a largo plazo
• Establecimiento de líneas de base. Evaluación de
  los cambios temporales de las respuestas en áreas
  sometidas a descarga de contaminantes. Acompañar
  con monitoreo químico.

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APLICACIONES

• Identificación de organismos o poblaciones en
  riesgo
• La vulnerabilidad de una especie depende
  principalmente de dos factores condiciones de la
  exposición y sensitividad intrínseca. El segundo
  aspecto puede ser evaluado mediante el uso de BK,
  por ejemplo analizar si el organismo es capaz de
  activar la acción tóxica de un contaminante
  mediante las enzimas de detoxificación.
• Identificación de compuestos químicos o de su
  modo acción
• Esto depende de la especificidad de la respuesta
  seleccionada o de la apropiada combinación de
  respuestas que permitan establecer relaciones de
  causalidad. Ej. Screening de efluentes
  industriales, lixiviados de rellenos sanitarios o
  de plantaciones agroforestales.
• Evaluación de nuevos compuestos químicos de uso
  agrícola o industrial

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IMPLEMENTACIÓN DE ESTUDIOS BASADOS EN
BIOMARCADORES

• Preguntas claras y en base a ellas establecer
  los objetivos
• Ej. Cuál es el grado de contaminación de un curso
  de agua?
• Enfoque espacial más simple, comparación entre
  sitios asumidos como contaminados con uno de
  referencia. Si el BK es mayor en sitio
  contaminado que en el de referencia, hay
  evidencia de exposición y/o efecto.
• Enfoque temporal muestreo de un mismo sitio
  contaminado durante un año.
• Problema Otros factores, a parte de la
  contaminación, pueden modular el BK y amplificar
  o reducir las respuestas.
• Solución Combinación de enfoque espacial y
  temporal. Si el BK muestra un patrón de variación
  contínua que se corresponde con el gradiente de
  contaminación asumido, hay una fuerte evidencia
  de relación causal.
  

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• Selección del área de estudio
• Caracterización preliminar para seleccionar las
  estaciones problema y los sitios de referencia.
  Colecta de datos históricos referentes a aspectos
  socio-económicos y parámetros ambientales
  (físicos, químicos y biológicos). En caso de no
  disponer de esta información y de no haber
  indicios claros de la existencia de un gradiente
  de contaminación realizar un estudio piloto.
• Establecimiento de línea de base, en función de
  datos existentes, literatura internacional o
  generar. Principalmente en relación a potenciales
  especies centinela y respuestas biológicas.

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• Selección de especie centinela
• En teoría, todos los taxa pueden ser útiles. En
  la práctica, solo en pocas especies son conocidas
  las interacciones compuesto/organismo.
• Características deseables
• - Especies que cuenten con línea de base pueden
  ser preferibles.
• - Abundancia relativa de la especie, no
  necesariamente debe ser similar entre
  estaciones. Debe ser tal que permita analizar
  la variabilidad sin provocar efectos deletéreos
  en la población. BK no destructivos.
• - Características demográficas. Relación de
  sexos, clases de edad, fecundidad, longevidad y
  tiempo de generación.
• - Ciclo de vida. Algunos BK sólo son relevantes
  durante determinadas etapas del ciclo. Ej.
  Anfibios en etapa larval. Salmonideos, larvas
  menos móviles efecto de descargas localizadas.

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• - Movilidad. Baja movilidad, integran y reflejan
  las condiciones ambientales de su habitat
  restringido. Alta movilidad, integran los efectos
  de la exposición de un área y varias fuentes de
  contaminación. Esto requiere conocer los patrones
  de migración, hábitos alimentarios y
  reproducción, para interpretar los resultados.
  Uso de animales enjaulados o marcados.
• - Nivel trófico y hábitos de alimento determinan
  las rutas y grado de exposición. Ej. Sábalo, alto
  contenido graso, alimentación detritívora y
  contaminantes persistentes.
• - Estado fisiológico. Nutricional, hormonal y
  susceptibilidad a enfermedades.

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• Selección de biomarcador
• Factores
• - Los requerimiento varían de acuerdo al tipo de
  estudio estudio general sobre el estado de salud
  de un ecosistema - exposición/efectos de una
  descarga de un contaminante conocido.
• - Determinar si las preguntas planteadas
  requieren un BK de exposición o de efecto,
  general o específico, o la combinación de ambos.
• - Modo de acción del tóxico, si este ha sido
  identificado.
• - Especie centinela.
• - Velocidad de respuesta requerida. Ej. Especies
  raras o amenazadas.

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• Metodología de muestreo
• Diseño de muestreo estadísticamente
  representativo
• Tamaño de muestra y frecuencia de muestreo
  interpretación y validez de los resultados.
• Variabilidad de la línea de base
• Tamaño de la muestra.