bio con cent rare a

8/2/2019 Bio Con Cent Rare A

http://slidepdf.com/reader/full/bio-con-cent-rare-a 1/7

Bioconcentrarea si bioamplificarea

1.Bioconcentrarea

Reprezintă procesul în urma căruia un compus chimic atinge concentraţii mai mari

într-un organism faţă de compartimentele abiotice, preluarea compusului de către organism

realizându-se printr-un mecanism direct. Se obişnuieşte să se folosească termenul de

bioconcentrare în cazul creşterii concentraţiei xenobioticelor în organismele acvatice faţă de

concentraţia în apă. Trecerea lor din apă în organisme are loc direct, prin piele şi pnn branhii.Termenul poate fi extins şi pentru organismele terestre dacă se trece la trecerea compuşilor

chimici direct din aer sau din sol, prin patrundere trasfrontaliera sau transradiculară în cazul

organismelor vegetale şi prin inhalare în cazul organismelor animale.

Factorii ce influenţează procesul d e bioconcentrare

Bioconcentrarea poate fi influenţată de anumite aspecte chimice, de care depinde

biodisponibilitatea compusului sau trecerea sa prin membrane, cum sunt dimensiunilemoleculei, sarcina electrică şi specia chimică în care se află. Viteza şi gradul de

biotransformare a compusului, raportul între suprafaţa şi volumul organismului, precum şi

morfologia lui reprezintă cele mai importante aspecte biologice ce pot afecta bioconcentrarea.

Dimensiunile moleculare

Dimensiunea moleculară a unui compus chimic este importantă prin faptul că determină în ce

măsură el va putea traversa membrana biologica in |pocesul de preluare de către organism.

Astfel, s-a observat că unii compusi halogenaţi hidrofobi ca hexabrombenzenul,

octacloronaftalina sau octoclorodibenzo-p-dioxină nu sunt preluaţi din apă de către peştele

Guppy (l'oecifia reticulata). Acest fapt a fost pus pe seama dimensiunilor mari ale acestor

molecule, care le-au împiedicat să traverseze membrana branhiilor. S-a presupus că există o

dimensiune critică a porilor din membrana lipidică, peste a carei valoare nu se mai

înregistrează aproape deloc procesul de preluare a compuşilor respectivi. Această dimensiune

variază de la specie la specie in funcţie de compoziţia membranei - pentru peştele Guppy este



de 9,5 A, dar pentru păstrăvul curcubeu şi peştele auriu s-a observat bioconcentrarea unor

compuşi cu dimensiuni moleculare mai mari.

De asemenea, unele studii au demonstrat că procesul de preluare a compuşilor hidrofobi nu

are loc pentru structurile moleculare a căror depăşeşte valoarea de 43 Â, care reprezintădistanţa medie dintre extremitatile polare ale stratului bilipidic al unei membrane celulare.

Dimensiunea critica corespunde unei structuri liniare cu 27 atomi de carbon din seria n-

alcalinilor si cu 12 atomi de siliciu din seria polidimetilsiloxanilor.

Deşi s-a demonstrat clar importanţa factorilor sferici în procesul de transport al moleculelor

de dimensiuni mari prin membrane, sunt necesare studii aprofundate care să elucideze în ce

măsură dimensiunile moleculelor limitează procesul de preluare a lor.

Sarcina moleculară

Principalul mecanism de preluare a compuşilor chimici din mediul abiotic este cel de difuzie

pasivă prin membrana celulara bilipidica. Majoritatea compuşilor chimici se află în mediu în

forme ionice variate, ceea ce presupune proprietăţi diferite cele ale speciilor neutre şi impact

diferit asupra procesului de bioconcentrare. Mulţi compuşi organici cu proprietăţi acide sau

bazice prezintă o îricărc electrică care depinde de pH, ceea ce va afecta rata lor de preluare

compartimentele în care sunt stocate.

Deosebit de importantă pentru procesele de distribuţie a metalelor gr în diferitele

compartimente abiotice şi biotice este dependenţa solubilitatii acestora de pH. Eliberarea

metalelor grele din sedimente creşte rapid odată descreşterea pH-ului, ceea ce implică

concentraţii semnificativ crescute metalelor grele în apele acide. Factorul determinant în acest

proces solubilizare îl constituie nivelul concentraţiei ionului H+

. Cum foarte mulţi ionimetalici formează sulfuri insolubile, astfel reacţii conduc la solubilizarea acestora în apele

caracterizate de valori mici pH-ului.

Hidroxizii metalelor grele au produse de solubilitate foarte mici, ceea ce implică precipitarea

celor mai mulţi dintre ionii metalici la valori ale pH-ului in jur de 7,5 sau mai mari .



Specia chimică

In compartimentele abiotice, compuşii chimici se pot afla în diferite forme chimice, ca de

exemplu: moleculele neutre sau ionice, complexaţi anumiţi liganzi sau adsorbiţi pe anumite

fracţii particulate sau macromolecule din apă. Cu cât un compus este mai puternic adsorbit cu

atât este mai puternic biodisponibil.

Dacă din cantitatea totală a unui compus în apă numai o anumita fracţiune este

biodisponibilă, procesul de bioconcentrare va fi mai scăzut. Numai în cazul în care se

cunoaşte exact această fracţie se pot folosi modelele cinetice de bioconcentrare.

Un interes deosebit îl reprezintă pentru poluarea cu metale grele, procesele de complexare.

Numărul de liganzi ce se află în sfera de coordinare a unui ion metalic (legaţi prin legături covalente

coordinative de acesta) poartă numele de număr de coordinare şi depinde atât de natura ionului metalic

şi starea sa de oxidare, cât şi de natura ligandului.

Rolul deosebit de important al formării combinaţiilor complexe în modelarea distribuţiei ionilor

metalici în ecosistemele acvatice şi a toxicităţii lor este determinat de următoarele consecinţe ale

procesului de complexare:

a) Creşterea solubilităţii metalului, deci implicit a concentraţiei sale îi faza apoasă şi a ratei de

bioconcentrare;

b) Modificarea raportului între formele oxidată şi redusă a metalului;

c) Creşterea toxicităţii în cazul formării unor combinaţii complexe cu constantă de stabilitate

mai mică;

d) Modificarea absorţiei şi schimbului ionic pe particulele de sediment şi de materie

particulată;

e) Modificarea stabilităţii coloizilor ce conţin metale.

In ecosistemele acvatice se află un număr mare de liganzi ce competiţionează între ei pentru

formarea de combinaţii complexe cu ionii metalici prezenţi în sistem. Prezenţa liganzilor în apă

conduce la creşterea ratei de transfer a ionilor metalici din sedimente şi materia particulată, urmată de

creşterea solubilităţii.

In cele mai multe dintre cazuri însă, creşterea toxicităţii nu este proporţională cu creşterea

solubilităţii deoarece combinaţiile complexe au de obicei toxicitate mai scăzută decât a ionilor

motalici liberi. în tabelul 3.3 sunt trecute constantele de stabilitate ale combinaţiilor complexe aie unor

ioni metalici ce prezintă interes pentru ecologie.



Valorile acestor constante ne dau indicaţii despre cantităţile de metale ce pot fi „imobilizate”

prin procesele naturale de complexare, ceea ce implică reducerea, într -o oarecare măsură, a efectelor

toxice ale ionilor lor.

Raportul suprafaţă/volum

Există o corelaţie directă între poluarea compuşilor din mediul suprafaţa respiratorie aorganismului. Organismele mai mari necesită o cantitate mai mică de oxigen pe unitatea de volum pentru metabolice. Conform legii lui Fick, schimbul compuşilor chimici este corelat cu suprafaţa deschimb, ceea ce implică faptul că organismele mici vor prelua, dar şi vor elimina compuşii chimicimai rapid decât organismele acvatice mari. Atat constanta de preluare cât şi cea de eliminare suntastfel funcţii alometrice .

O relaţie alometrică corelează greutatea corpului organismului -w- (sau lingimea lui-1) cu o anumită

variabilă (y), folosind o funcţie exponentiala de forma:

y = a • wb

Morfologia

Preluarea şi eliminarea compuşilor chimici sunt influenţate de morfologiaorganismelor. Astfel, de exemplu, stadiile larvale de insecte năpârlesc de câteva ori în timpul

perioadei de creştere şi, în consecinţă, contaminanţii ataşaţi la suprafaţa corpului suntîndepărtaţi de fiecare dată.

Preluarea oxigenului şi a substanţelor chimice din apă de către organismele acvatice va fiinfluenţată atât de compoziţia cât şi de grosimea stratului de piele, fapt ce conduce la o rată de

preluare mai mică comparativ cu situaţia în caic acest proces se realizează la nivelulbranhiilor.

Biotransformarea

Biotransformarea este unul din procesele ce conduce la scăderea concentraţiei unuicompus chimic în organism şi de aceea este privită ca un proces de eliminare (ca şi eliminareapropriu-zisă, excreţia prin lactaţie, reproducerea). Ha se produce numai după ce produsul

chimic a fost transportat la un centru de metabolizare unde poate fi degradat sub acţiuneacatalizatoare a enzimeler. Există mari diferenţe între specii în ceea ce priveşte capacitatea Ior de a transforma anumiţi compuşi chimici, capacitate puternic dependentă şi prezenţa/absenţaenzimelor şi activitatea lor.

Dată fiind importanţa deosebită a acestui proces, el va fi tratat pe larg în unul dintre capitoleleviitoare.



2.Bioamplificarea

Descrie procesul ce are loc atunci când principala sursă de bioacumulare este hrana.Ea este de obicei importantă pentru acei compuşi care ating concentraţii mari în hrar.ă şifoarte scăzute în compartimentele abiotice cu care organismul se află în contact, cum ar fi apa

pentru organismele acvatice, aerul pentru organismele terestre şi solul şi sedimentele pentru

organismele bentice şi din sol. Bioamplificarca este prin urmare un fenomen de transfer şiamplificare biologică a "poluării" în interiorul biocenozelor contaminate (Ramade, 1992)

Bioamplificarea în sistemele acvatice

Când concentraţia unui compus (de regulă nebiodegradabil sau puţin biodegradabil)atinge valori mai mari în organism decât în hrană şi când principala cale de preluare este ceaalimentară, procesul de transfer poartă numele de bioamplificare. Fiecare verigă trofică vareprezenta locul de desfăşurare a procesului de creştere a concentraţiei compusului toxic pemăsură ce se urcă spre vârful piramidei trofice.

Concentraţiile compuşilor din ţesuturile speciilor aflate în vârful piramidei trofice suntcu atât mai mari cu cât ei sunt mai stabili şi lanţul trofic este mai lung.

Preluarea contaminanţilor din hrană

Preluarea compuşilor xenobiotici din hrană de către organisme are loc în tractulgastro-intestinal prin unul din următoarele mecanisme:

a) desorbţia compuşilor chimici din matricea în care se află, urmată de transportul lor prin membrana lipidică a tractului gastro-intestinal;

b) digerarea hranei, însoţită de eliberarea contaminanţilor din matricea sa şitransportul lor prin membrana lipidică,

c) preluarea contaminanţilor odată cu nutrienţii din hrană. Trecerea compuşilor chimici prin membrana lipidică se realizează prin mecanismele

prezentate în cadrul procesului de bioconcentrare .Eficienţa de preluare a compuşilor chimici din hrană depinde, desemenea, de specia

biologică şi structura chimică a compusului.

Procesul de bioamplificare a fost demonstrat prin numeroase cercetări ecologice înultimele decenii, iar reţelele trofice acvatice se caracterizează prin cele mai mari valori alefactorilor de transfer observate O explicaţie a acestui fenomen constă în faptul că reţeleletrofice acvatice prezintă, în general, mai multe verigi trofice decât cele terestre. De fapt,ecosistemele limnice şi marine prezintă deseori cinci sau şase nivele trofice, faţă de trei saupatru nivele existente, în general, în ecosistemele terestre. Prima demonstraţieecotoxicologică a acestui fenomen a constituit-o celebrul caz "Clear Lake", din 1960(Ramade, 1992). Acest lac a fost tratat cu insecticidul organoclorurat DDD in mai multereprize, intre anii 1949 - 1957, in scopul eliminării unei mici insecte (Chaoborus astictopus)ce îi incomoda pe înotători. Ulterior, s-a constatat crcştcrea concentraţiei de DDD în biomasalacului, la diferitele nivele ale reţelei trofice. Astfel, în ţesutul lipidic al corcodelului

(Aechmophorus occidentalis) s-a găsit o concentraţie de aproximativ 2500 pg/g, ceea cepermite calcularea unui factor de bioamplificare în jur de 180000 raportat Ia apa lacului(nivelul trofic 0) şi-de 500 raportat la primul nivel trofic (fitoplancton).



Numeroase alte exemple privind utilizarea insecticidelor organoclorurate audemonstrat câ acestea ating concentraţii îngrijorător de mari în organismele prădătorilor de lavârful lanţurilor trofice acvatice (Walker' şt Livingstone, 1992). Nivelele produşilor dedegradare ai compuşilor organocloruraţi masurate în organisme de la diferite verigi trofice aleecosistemului marin de lângă Farne island, Northumberland, Marea Britanie, în perioada1962-1964, au arătat că există o dependenţă directă între logaritmul concentraţiei lor şinivelul trofic al organismelor în care au fost determinate (Robinson, 1967). Cele mai scăzuteconcentraţii au fost găsite în plante (alge brune), aflate la nivelul trofic 1, iar cele mai ridicateîn prădătorii de la nivelele 4 şi 5 ale reţelelor trofice. Studiile efectuate au demonstrat că

procesul de bioamplificare a avut loc Ia fiecare nivel al lanţului trofic, dar valorile cele maimari s-au înregistrat pentru prădători. Factorul de bioamplificare aparent calculat variazăîntre 50 şi 60 pentru cormoranul moţat (Walker, 1990).

Procesul de bioamplificare depinde de natura compusului chimic contaminant,

deoarece structura acestuia determină în mod hotărâtor valoatea timpului său de înjumătăţire biologică. Astfel, s-a constatat că p,p - DDE (uh metabolit al p,p'- DDT) este metabolizat mai

lent şi are un timp biologic de înjumătăţire mai lung decât dieldrinul în animalele ce au foststudiate, lîioamplificarea este, de asemenea, puternic dependentă de specia contaminată.Astfel, speciile ce conţin nivele ridicate ale compuşilor organocloniraţi prezintă îi! generalactivităţi scăzute ale sistemului enzimatic de oxidaze cu funcţiune mixtă (monoocidaze),sistem responsabil în cea mai mare măsură de deto>;ifiere; o deficienţă în sistemul dedetoxifiere favorizează bioamplificarea (Walker, 1990; Ronis şi Walker, 1989). în afara

pesticidelor policlorurate alţi compuşi, ca dibenzodioxinele policlorurate şi compuşii bifenilici policloruraţi, prezinta aceeaşi tendinţă accentuată de a se concentra spre vârful piramidelor trofice. Astfel, pe lângă păsările oceanice şi mamiferele marine, precum focile şi cetaceele,acumulează astfel de compuşi şi îi transmit descendenţilor prin lapte; ei au, de asemenea,sisteme de detoxifiere pe bază de monooxidaze slab dezvoltate. Aceste tendinţe au fost

observate şi în ecosistemele de apă dulce, unde s-au găsit nivele relativ mari ale compuşilor organocloruraţi în păsările pradatoare(cormoran) şi mamifere (Lutra lutră).

Compuşii lipofili cu timpi de înjumătăţire relativ mici (de exemplu, compuşiiaromatici policiclici) nu prezintă aceeaşi tendinţă de bioamolificare la treccrea de Ia un niveltrofic la altul. Unele nevertebrate situate la nivelele trofice interioare (moluştele)biococentrează aceşti compuşi deoarece au o abilitate redusă de a-i metaboliza. Pe de altă

pane peştii, păsările şi mamiferele le metabolizează rapid prin atacul monooxigenazelor, astfelcă nu se vor bioamplifica la nivelele trofice superioare. Deşi aceşti compuşi nu ridică

problema bioamplificârii, trebuie subliniat faptul că unii compuşi aromatici policiclici

prezintă fenomenul de activare metabolică (produşii de metabolizare sunt mai toxici decâtcompusul iniţial). In ciuda cazurilor cunoscute, bioamplificarea este, din fericire, un fenomen

mai degrabă rar, atât în ecosistemele acvatice cât şi în cele terestre şi un număr relativ redusde elemente şi compuşi organici (dintre compuşii sintetizaţi şi utilizaţi pe scară largă) este deaşteptat să prezinte concentraţii dlin ce în ce mai crescute pe măsura apropierii de vârful

piramidei trofice (Rainade, 1992). In nenumărate cazuri, procesul de bioamplificare nu a fost pus în evidenţă nici chiar pentru compuşii lipofili nebiodegradabili. Studii efectuate asupralanţurilor trofice pelagice din ecosistemele marine au evidenţiat tendinţa compuşilor organiciorganocloruraţi de a-si păstra concentraţia (raportată la greutatea totala) constantă sau chiar de

a şi-o descreşte în organismele de la vârful piramidei trofice. Acest fapt a fost demonstratchiar şi pentru compuşi ca DRT.



Preluarea contaminanţilor din sedimente

Unele organisme acvatice, cum sunt de exemplu nevertebratele, sunt capabile să digeresedimentul sau detritusul, care le servesc ca sursă de hrană. Organismele care se hrănesc cumaterie particulată prezintă o varietate de modalităţi de hrănire. Unele, ca moluscă Macoma

se hrănesc în principal din primii centimetri de sediment, altele ingerează particule aflate la20 - 30 cm distanţă faţă de suprafaţă. în sedimentele ce prezintă o distribuţie verticală aconcentraţiilor de compuşi chimici, aceste organisme vor fi expuse în mod diferitcontaminării.

Concentraţia unui compus chimic (contaminant) determinată în sediment nu reflectăîntotdeauna adevărata expunere a organismelor la acel compus. Majoritatea organismelor cese hrănesc cu sediment ingerează particule mai fine, ce conţin cantităţi mai mari de carbonorganic, ceea ce poate avea drept consecinţă concentrarea carbonului organic până la valoride un ordin de mărime mai mari decât în sedimentul de origine. Ca rezultat al acestei hrăniriselective, concentraţia contaminantului măsurată în sediment poate subestima cantitateaingerată de organisme.

Dc asemenea, concentraţiile contaminanţilor în apa interstiţială pot fi diferite de cele

din masa apei. Unele organisme, precum moluscă Macoma ventilează o cantitate mare de apăinterstiţială, în timp ce amfipodele şi polichetele ventilează aproape exclusiv apă interstiţialăcât timp se află îngropate în sedimente.

Astfel, între specii există diferenţe în ceea ce priveşte sursele de preluare acontaminanţilor: sedimentele de suprafaţă sau de adâncime, apa interstiţială sau de lasuprafaţa sedimentului. Unele organisme bentonice importante sunt dipterele (specia

Chironomus). în dezvoltarea lor de la stadiul de ou până la cel de adult, acestea trec prin maimulte stadii larvare care trăiesc în sediment pentru diferite perioade de timp, de la câteva zilela câteva luni. Larvele de diptere se hrănesc cu materia organică din sediment, preluareacontaminanţilor realizându-se predominant prin intermediul apei interstiţiale. Datorită faptului

că larvele constituie sursa de hrană pentru nevertebratele acvatice şi peşti iar adulţii pentru păsări, aceste, organisme realizează conexiunea dintre reţelele trofice acvatice şi terestre.

bio con cent rare a

Documents