procese de bioacumulare, bioconcentrare si bioamplificare

PROCESELE DE BIOACUMULARE, BIOCONCENTRARE I BIOAMPLIFICARE

Pentru a nelege cum contaminanii traverseaz variatele nivele trofice ale ecosistemului trebuie cunoscut potenialul de bioacumulare al acestora. Bioacumularea reprezint gradul n care un organism preia i reine, pe toate cile disponibile, un anumit contaminant. Bioacumularea ia n calcul faptul c organismele pot acumula contaminanii de-a lungul mai multor ci de expunere i c acumularea total va depinde de rata de intrare vizavi de rata cu care organismul este capabil s elimine sau s descompun chimicalele de-a lungul proceselor metabolice.

Bioacumularea reprezint termenul general folosit pentru procesul de acumulare al substanelor ntr-un organism. Procesul de acumulare implic sechestrarea biologic a substanei care a ptruns n organism pe cale digestiv, respiratorie, cutanat sau n alt mod.

Nivelul la care se bioacumuleaz substana depinde de:rata de preluare; modul de preluare;ct de repede este eliminat din organism;transformrile pe care le sufer aceasta n procesele metabolice;coninutul adipos al organismului;caracterul hidrofob al substanei;factorii de mediu;ali factori biologici i fizici.

Bioconcentrarea - procesul din care rezult ntr-un organism o concentraie mai mare a unei substane dect concentraia acesteia n mediul nconjurtor din care a fost preluat. Se obinuiete s se foloseasc termenul de bioconcentrare n cazul creterii concentraiei xenobioticelor n organismele acvatice fa de concentraia n ap. Trecerea lor din ap n organisme are loc direct, prin piele i branhii.

Termenul poate fi extins i pentru organismele terestre dac se refer la trecerea compuilor chimici direct din aer sau din sol, prin ptrundere transfoliar sau transradicular n cazul organismelor vegetale i prin inhalare n cazul organismelor animale.

Bioconcentrarea unei substane este corelat cu coeficientul su de partiie octanol-ap (Ko/a). Coeficientul de partiie octanol-ap reprezint raportul dintre concentraia unei substane chimice n octanol i n ap la echilibru i la o anumit temperatur. Octanolul este un solvent organic care este folosit ca surogat pentru materialul organic natural. Acest parametru este utilizat n numeroase studii pentru determinarea rolului substanelor chimice n mediu.

Factorul de bioconcentrare este n mod obinuit aplicat organismelor acvatice. n cadrul speciilor, BCF difer pentru diferiii compui chimici. BCF variaz de asemenea, n funcie de specie, pentru acelai contaminant i aceleai condiii de mediu. n consecin datele colectate pentru evalurile de risc ecologic sunt specifice situsului respectiv i anumitor specii.

Bioamplificarea se refer la tendina unor substane chimice de a se concentra n mod succesiv de-a lungul nivelelor trofice ale lanului alimentar sau ale reelei alimentare.n timp ce bioacumularea se refer la concentraia unui poluant n esuturile primului organism din lanul trofic fa de concentraia acestuia n mediu, bioamplificarea se refer la creterea concentraiei poluantului odat cu trecerea de la o verig la alta a lanului alimentar.

Pentru ca procesul de bioamplificare s apar poluantul trebuie sa aib o via lung, s fie solubil n grsimi, mobil i activ din punct de vedere biologic. Dac poluantul are o via scurt el va disprea nainte de a deveni periculos. Dac poluantul nu este mobil, el va sta ntr-un singur loc i probabil nu va fi preluat de ctre organisme.Dac poluantul este solubil n ap, el va fi excretat de ctre organism. Poluanii care se dizolv n grsimi vor fi reinui n organism pentru un timp ndelungat. Substanele lipofile nu pot fi excretate prin urin, n soluii apoase, i astfel se acumuleaz n esuturile adipoase ale organismului dac organismul nu posed enzime care s le degradeze.

Bioamplificarea este prin urmare un fenomen de transfer i amplificare biologic a polurii n interiorul biocenozelor contaminate.Pentru sinteza moleculelor complexe necesare proceselor metabolice, productorii primari pot prelua nutrienii din mediul nconjurtor ntr-o cantitate mai mare dect le este necesar imediat, depozitndu-i pentru o viitoare utilizare. Poluanii similari din punct de vedere chimic nutrienilor anorganici sunt preluai astfel din mediul nconjurtor i depozitai de asemenea n esuturile plantei.

Primul pas al bioamplificrii apare atunci cnd contaminanii sunt depozitai n esuturile productorilor primari n concentraii mai mari dect se gsesc n mediul nconjurtor. Al doilea pas al bioamplificrii apare atunci cnd consumatorii primari se hrnesc cu acesti productori. Trecerea de la un nivel trofic la urmtorul furnizeaz o cantitate de energie relativ mic. Aceasta nseamn c un consumator, de la orice nivel trofic, trebuie s consume o mare cantitate de hran din nivelul trofic anterior. Dac aceast biomas conine un contaminant, atunci acesta va fi preluat n cantitate mare de ctre consumator.

Dar contaminanii nu numai sunt preluai de ctre consumatori, ei sunt i absorbii i depozitai n organismul consumatorului. Acest proces apare adesea cnd contaminanii sunt solubili n grsime. Dac acest consumator constituie hran pentru un alt consumator, esutul adipos al acestuia este digerat i contaminantul este apoi depozitat n esuturile noului consummator. n acest fel concentraia contaminantului n esuturile consumatorilor devine mai mare odat cu trecerea de la un nivel trofic la cellalt.

n mod obinuit, poluanii solubili n ap nu prezint acest mod de bioamplificare deoarece ei se dizolv n fluidele corpului consumatorului, i prsesc corpul odat cu eliminarea apei n mediu.

Dou mari grupe de substane toxice constituie subiectul bioamplificrii metalele toxice i compuii organic halogenai persisteni. Ambele grupe sunt lipofile i greu degradabile. Substanele organice nou aprute nu sunt uor degradabile deoarece organismele nu au trecut printr-o expunere anterioar la aceste substane i deci nu i-au dezvoltat mecanisme specifice de detoxifiere i excreie pentru acestea i nu dispun de o presiune selectiv n ceea ce le privete. Aceste substane sunt cuoscute ca pooluani organic persisteni i includ compuii sintetici organo-clorurai care sunt bine cunoscui pentru potenialul lor de bioamplificare i de afectare a mediului (ex. DDT).

Un caz clasic de bioamplificare este cel al pesticidului DDT. De-a lungul anilor n care a fost utiizat, DDT a determinat subierea cojii oulor pasrilor prdtoare.

Metalele grele sunt stabile din punct de vedere chimic deoarece sunt elemente chimice i ca urmare nu pot fi distruse sau convertite n forme non-toxice (excepie fac metalele radioactive care se pot transforma n diferite elemente chimice pe msura scderii radioactivitii). Organismele care n mod natural sunt expuse unui nivel ridicat al metalelor prezint mecanisme de izolare i excretare a acestor metale.

Problemele apar atunci cnd organismele sunt expuse unei concentraii mai mari dect cea uzual, astfel nct ele nu pot excreta substanele suficient de rapid pentru a preveni efectele duntoare. Aceste metale sunt transferate n forme organice. Un exemplu clasic de toxicitate a unui metal greu este mercurul, care poate forma compui organici - metilmercurul, solubil n lipide i care poate fi uor bioamplificat n ecosisteme.

Din punct de vedere al diferenelor existente n preluarea, eliminarea i bioconcentrarea lor, compuii chimici au fost mprii n urmtoarele clase, cu proprieti fizico-chimice distincte: compui organici, metale i compui organo-metalici. La rndul lor, metalele pot fi mprite n dou subcategorii: compui eseniali i neeseniali. n categoria microelementelor eseniale sunt incluse: cuprul, fierul, cromul, manganul, cobaltul, nichelul, seleniul, molibdenul i zincul. Aceste metale dein un rol important n metabolismul organismelor vegetale i animale dar, atunci cnd concentraiile lor depesc valorile normale, apar dezechilibre care afecteaz sntatea, creterea i reproducerea organismelor respective, putndu-se solda chiar cu moartea acestora.

RELAIA DINTRE TOXIC I ORGANISM

n procesul apariiei intoxicaiei se pot deosebi trei faze:- faza de expunere;- faza toxicocinetic;- faza toxicodinamic.

PROCESE DE BIOCONCENTRARE N ECOSISTEMELE ACVATICEOrganismele acvatice pot fi expuse unor concentraii crescute de compui xenobiotici, n urma unor emisii accidentale sau a unora continue.Calea principal de preluare este cea direct, prin piele i branhii. Produii de metabolizare sunt eliminai tot n ap, astfel c bioconcentrarea este rezultatul net al proceselor de preluare i eliminare a compuilor chimici de ctre organism.

Procesul de preluare a compuilor din apProcesul de preluare a compuilor din ap de ctre un organism acvatic poate avea loc prin mai multe mecanisme, n funcie de natura compuilor, a condiiilor specifice din mediul abiotic i a tipului de organism acvatic. Indiferent de mecanismul prin care are loc acest proces, ntr-o prima etap este necesar traversarea membranei biologice.

Principalele mecanisme de preluare de ctre organisme a compuilor chimici din ap:difuzia pasiv;- traversarea membranei biologice mediat de un transportor;- permeabilizare prin complexare;- traversarea membranei prin canale ionice, prin pompe ionice sau prin endocitoz.

Pentru un compus chimic care a ptruns n organism exist urmtoarele tipuri de centri spre care acesta se poate ndrepta:- centri de aciune (toxic) unde compuii toxici interacioneaz cu o macromolecul endogen (protein sau ADN) sau o anumit structur (ex. membrana celular), interacie urmat de apariia efectelor toxice n ntregul organism (compusul chimic acioneaz la nivelul organismului).

- centri de metabolizare unde metabolizarea xenobioticelor este realizat cu ajutorul enzimelor. De obicei, n urma metabolizrii se produce detoxifierea organismului, dar, n unele cazuri, are loc i creterea efectului toxic al compusului iniial.- centri de stocare zonele n care compuii chimici preluai de organism se afl ntr-o stare inert din punct de vedere toxicologic.- centri de excreie pot fi excretai compuii chimici originari sau produii lor de metabolizare.

Procese de eliminareProcesele de eliminare au ca rezultat reducerea concentraiei compuilor chimici n organism. Eliminarea se poate produce prin mecanisme pasive sau active. Multe organisme acvatice pot excreta compuii lipofili prin difuziune pasiv, n ap sau n fecale. Petii pot realiza acest lucru prin branhii, iar amfibienii prin piele. Psrile acvatice nu au membrane permeabile n contact direct cu apa; pielea i penele par s fie impermeabile pentru poluani, ca de altfel i pielea mamiferelor acvatice.

Transferul compuilor chimici prin ou sau lapte conduce, de asemenea, la scderea concentraiei acestora n organisme. Dei nu presupune un mecanism de eliminare, creterea este o alt cale de diluare a compuilor chimici ntr-un organism.Concentraia compusului iniial preluat de ctre organism este, de asemenea, redus n urma proceselor de biotransformare la care acesta este supus.

n urma metabolizrii, compuii trec de obicei n produi mai hidrofili, care sunt eliminai prin urin. Unele organisme marine sunt capabile s-i regleze procesul de eliminare i, prin aceata, s reduc concentraia unor metale.

Creterea sau descreterea n timp a concentraiei unui compus xenobiotic ntr-un organism acvatic este descris de ecuaia:

unde:- Corg este concentraia compusului chimic n organism (mol/kg);- Cap reprezint concentraia compusului n ap (mol/l); - kap i ke sunt constantele de vitez de preluare, respectiv eliminare a compusului chimic din/n ap.

FACTORII CARE INFLUENEAZ PROCESUL DE BIOCONCENTRAREDimensiunile moleculareSarcina molecularSpecia chimicRaportul suprafa/volumMorfologiaBiotransformarea