12.9: Interacción Biológica con Químicos Ambientales

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Los organismos en el ambiente interactúan significativamente con materiales xenobióticos (aquellos extraños a los sistemas vivos) en su entorno. En esta sección se discute la captación de dichos materiales por parte de los organismos. La biodegradación de sustancias xenobióticas, principalmente a través de la acción de bacterias, se discute en la Sección 12.10.

Bioacumulación es el término que se le da a la captación y concentración de materiales xenobióticos por parte de organismos vivos. Los materiales pueden estar presentes en el agua en arroyos o cuerpos de agua, sedimentos en cuerpos de agua, agua potable, suelo, alimentos, o incluso la atmósfera. La bioacumulación puede conducir a una biomagnificación en la que las sustancias xenobióticas se concentran sucesivamente más en los tejidos de organismos superiores en la cadena alimentaria. Esto suele ocurrir con compuestos orgánicos poco degradables y solubles en lípidos. Supongamos, por ejemplo, que tal compuesto entra en contacto con el agua del lago, se acumula en detritos sólidos en el agua, se hunde hasta el sedimento, es comido por pequeñas criaturas excavadoras en el sedimento, que son devoradas por peces pequeños. Los peces pequeños pueden ser comidos por peces más grandes, que a su vez son consumidos como alimento por las aves. En cada paso, la sustancia xenobiótica puede concentrarse más en el organismo y alcanzar concentraciones dañinas en las aves en la parte superior de la cadena alimentaria. Esto es básicamente lo que pasó con el DDT, que casi provocó la extinción de águilas y halcones.

Los peces que bioacumulan compuestos orgánicos poco degradables y solubles en lípidos del agua los volverán a perder en agua si se colocan en un ambiente no contaminado. El proceso por el cual esto ocurre se llama depuración. El tiempo requerido para perder la mitad del material xenobiótico bioacumulado se denomina semivida de la sustancia.

El caso más sencillo de bioacumulación es la bioconcentración, que ocurre cuando una sustancia disuelta en el agua ingresa al cuerpo de un pez u otro organismo acuático por procesos pasivos (básicamente, simplemente “se disuelve” en el organismo), y es transportada a cuerpos de lípidos en el organismo en el flujo sanguíneo. El modelo de bioconcentración asume que el organismo que toma el compuesto no metaboliza el compuesto, una buena suposición para compuestos orgánicos refractarios como el DDT o los PCB. También asume que la captación es por vías no dietéticas, incluyendo la difusión a través de la piel y especialmente a través de las branquias de los peces. El modelo de bioconcentración se aplica especialmente a sustancias que tienen bajas solubilidades en agua (aunque lo suficientemente altas como para que el compuesto esté disponible para su absorción) y altas solubilidades lipídicas. Este modelo de bioconcentración asume un equilibrio dinámico entre la sustancia xenobiótica disuelta en agua y la misma sustancia disuelta en tejido lipídico. Se le llama el modelo de hidrofobicidad debido a la naturaleza hidrofóbica (“odiadora del agua”) de la sustancia que se está tomando.

El grado de bioconcentración depende de una serie de factores. Los más importantes son la solubilidad relativa en agua y lípidos del compuesto. El tamaño y la forma de la molécula xenobiótica también parecen ser factores, al igual que la temperatura. Además, la bioconcentración depende de las especies de peces y su edad, tamaño y contenido lipídico. La bioconcentración puede expresarse por factores de bioconcentración definidos como

\[\textrm{Bioconcentration factor} = \frac{\textrm{Concentration of xenobiotic in lipid}}{\textrm{Concentration of xenobiotic in water}}\]

El factor de bioconcentración también puede considerarse como la relación entre la solubilidad del compuesto en lípidos y su solubilidad en agua. Los factores típicos de bioconcentración de PCB y hexaclorobenceno en peces sol, trucha y pececillos varían de algo más de 1,000 a alrededor de 50,000, lo que refleja la alta solubilidad lipídica de estos compuestos.