Desarrollo y aplicación de metodología mediante la simulación de las condiciones digestivas de peces para la evaluación de la biodisponibilidad de metales en sedimentos marinos

Resumen

Como resultado del desarrollo científico-tecnológico de la humanidad, el medio ambiente ha sufrido un considerable deterioro, siendo éste uno de los mayores problemas a los que se enfrenta el hombre actual. Esto ha conllevado un aumento paulatino del interés por su cuidado, conservación y protección. Para conseguir este objetivo se hace necesaria la identificación de las principales fuentes de las sustancias que pueden llegar al medio y deteriorarlo, puesto que de este modo será posible su control y seguimiento. Una de las muestras más utilizadas para el estudio de metales contaminantes es el sedimento, pues actúa como acumulador de diversos metales que pueden ser liberados al medio mediante diferentes procesos químico-físico-biológico. El objetivo general del presente trabajo es desarrollar y aplicar una metodología que permita evaluar con mayor exactitud la fracción del contenido total de metales presentes en los sedimentos acuáticos que pueda pasar a los organismos marinos mediante los procesos digestivos. En la evaluación de la concentración de metales en los sedimentos no sólo influye el método de digestión que se aplique, puesto que antes, es preciso someter a las muestras a otro tipo de procesos. Dos de las etapas fundamentales en este tipo de estudio las constituyen el muestreo y el pretratamiento de las muestras antes de su digestión y cuantificación. Los parámetros del pretratamiento de la muestra tiempo de tamizado y tamaño de partícula del sedimento juegan un papel fundamental en la concentración total de los metales presentes en la porción de ensayo que se analiza. Los mejores resultados se obtuvieron con diez minutos de tamizado mecánico en húmedo independientemente de material del tamiz utilizado. Por otro lado, se evaluó la influencia en la concentración de metales del material del tamiz, mostrando que no se corre el riesgo de contaminación de las muestras en este proceso, independientemente que el tamiz sea plástico o metálico. Seguidamente se evaluaron diferentes métodos de digestión que emplean diferentes reactivos químicos (HCl a diferentes pH, HOAc y HNO3) y enzimáticos (Pepsina/HCl pH = 1, Tripsina/NaOH pH = 7,8 y combinación de pepsina + tripsina). El factor que mayor influencia tuvo en la extracción hacia la fase acuosa de metales presentes en el sedimento fue el pH. Es necesario un pH = 1 para extraer todos los metales estudiados. Un incremento a pH = 2 limita la extracción sólo al Li, Mn, Ti y V. La temperatura fue el segundo factor que mayor influencia tuvo en la extracción de metales del sedimento. La máxima extracción se obtuvo a 40º C. Con el método del HNO3 se obtuvieron mayores porcentajes de extracción para el As, Cu, Fe, Pb y Zn en comparación con el método del HCl, y menores porcentajes para el Cr y el V. La extracción con HOAc al 25 % fue siempre menor que la obtenida con el método del HCl excepto para el Cd que fue extraído en igual proporción por ambos métodos. En todos los casos el HOAc al 25 % extrajo mayor cantidad de metales que la primera etapa del método del BCR. El método del HCl es el más adecuado para simular las condiciones digestivas de los organismos marinos mediante el uso de reactivos químicos debido a dos razones principales: es el ácido presente naturalmente en el sistema digestivo y, además, se demostró que los métodos basados en el HNO3 y HOAc sobreestiman o subestiman, respectivamente, los contenidos de algunos metales. La extracción con el método de la pepsina (en presencia de HCl pH = 1) mostró comportamientos similares a los obtenidos con el método del HCl, lo que demuestra que el efecto del pH del medio es más importante que la acción enzimática durante el proceso de digestión de los sedimentos. La concentración de metales extraídos con el método de la tripsina/NaOH pH = 7,8 fue menor que la obtenida por el método de HCl, demostrando que la fase fundamental de la extracción de metales presentes en los sedimentos durante el proceso digestivo ocurre principalmente en el estómago, debido a los bajos pH de esa zona, y por tanto, la tripsina no juega un papel principal en el proceso. Una vez estudiadas las diferentes condiciones de reactivos, tiempos y pHs, se propuso un método de digestión que se aplicó a sedimentos de dos ecosistemas de interés económico: Bahía de Cienfuegos, Cuba y Río San Pedro, Bahía de Cádiz, España previa validación de sus principales parámetros de desempeño. Los sedimentos de la Bahía de Cienfuegos en Cuba presentan bajos niveles de factor de enriquecimiento e índice de geoacumulación. Se concluye que son sedimentos poco contaminados en los cuales sólo el Cu y el Ni presentan algún riesgo potencial para los organismos marinos. Los sedimentos de Río San Pedro en la Bahía de Cádiz muestran, en general, altas concentraciones de metales. Los factores de enriquecimiento e índice de geoacumulación son altos en algunos casos. Para muchas muestras, el As, Cu, Pb y Zn mostraron algún riesgo de efecto tóxico sobre los organismos marinos. En particular, el Ni, se encontró por encima del nivel de efecto biológico medio en todas las muestras. A pesar de que la concentración total de metales en los sedimentos de la Bahía de Cienfuegos fue menor, en términos generales, que en los del Río San Pedro, la fracción biodisponible es mayor y pudieran ser transferidos con mayor facilidad hacia el estómago de los peces a través de la digestión directa de los sedimentos. De acuerdo a los resultados obtenidos, se demostró que el empleo del HCl a pH = 1 durante 12 horas de digestión a 20º C de temperatura como método de digestión del sedimento para estimar la biodisponibilidad de metales, puesto que este método es el que mejor simula la extracción de metales en las condiciones del tracto digestivo de los peces. La temperatura pudiera ajustarse según el ecosistema en particular.