Métodos para evaluar la efectividad biológica
1. Monitorización biológica
El método más directo para evaluar la eficacia biológica es utilizar experimentos de bioconcentración o pruebas de toxicidad. La bioconcentración se ve afectada por factores como los procesos metabólicos del organismo, la composición de los alimentos, el tamaño del organismo y el estrés tóxico. Aunque el uso de la normalización de grasas puede reducir estos efectos hasta cierto punto, no puede eliminar la especificidad de la distribución de contaminantes en los organismos y la especificidad de absorción de diferentes especies. El uso de la concentración en el sitio objetivo (es decir, la cantidad de contaminantes que pueden interactuar con el sitio objetivo y, en última instancia, producir una respuesta toxicológica) para evaluar la eficacia biológica puede excluir los efectos causados por la toxicocinética, pero la concentración en el sitio objetivo suele ser difícil de determinar. Por lo general, para los tóxicos basales de acción no específicos (es decir, contaminantes que pueden producir efectos toxicológicos en diversos organismos), las concentraciones críticas de residuos corporales (CBR, por sus siglas en inglés) se pueden utilizar como la concentración más cercana al sitio de acción objetivo como una estimación.
El método CBRs mide la concentración de sustancias químicas objetivo en el objetivo biológico cuando se utilizan efectos letales o medio letales como punto final de evaluación, por lo que puede combinar la toxicidad y la bioacumulación de compuestos orgánicos. Entre los métodos de evaluación de efectos, la mortalidad tiene ciertas limitaciones al reflejar la biodisponibilidad de los contaminantes en la exposición en el campo. De hecho, la concentración de contaminantes en el suelo, los sedimentos y las masas de agua naturales suele ser de niveles traza o ultratraza y, por tanto, rara vez supone un riesgo mortal para los microorganismos o macroorganismos, especialmente los vertebrados. Además, los experimentos de exposición biológica tienen tiempos de ciclo prolongados, altos costos, poca reproducibilidad y pasos de procesamiento de muestras engorrosos, lo que ha traído muchas limitaciones a la aplicación del uso de la mortalidad para evaluar la efectividad biológica. Además de los biomarcadores in vivo, los métodos de biomarcadores ex vivo también se utilizan cada vez más. En comparación con los métodos de prueba biológicos in vivo, los métodos de prueba in vitro son de menor costo, pueden medir una gran cantidad de muestras y también pueden proporcionar una comprensión profunda del efecto general y el mecanismo tóxico de mezclas complejas.
El método de utilizar biomarcadores (como los marcadores de exposición) es más eficaz y proporciona una estimación más precisa de la biodisponibilidad de los contaminantes en el medio ambiente. Por ejemplo, en un experimento in vivo en el que se expusieron juveniles de trucha arco iris a sedimentos con púas, se exploró la reducción del tiempo de exposición en la inducción de la actividad CYP1A en el hígado de peces para evaluar la biodisponibilidad de los HAP. La biodisponibilidad sistémica de los HAP del suelo ingeridos se evaluó utilizando niveles metabólicos en orina de ratón y niveles de aductos de ADN compuestos en los pulmones como biomarcadores.
2. Método del modelo químico
Para obtener la parte biodisponible de la concentración total de contaminantes, los investigadores combinaron las propiedades físicas y químicas de los contaminantes y los parámetros del ecosistema. , Aplicar métodos de cálculo de modelos a la evaluación de la efectividad biológica. El potencial de los contaminantes orgánicos en el suelo y los sedimentos para ingresar a los organismos se puede simular utilizando la teoría de la distribución en equilibrio de los contaminantes orgánicos (constante de equilibrio normalizada del carbono orgánico, Koc). Existe una correlación positiva entre Koc y el factor de bioconcentración (BCF), y su valor puede medirse mediante experimentos de laboratorio o de campo y, a menudo, se estima mediante el coeficiente de partición octanol-agua (Kow). El método se ha utilizado para estimar concentraciones residuales de organismos a partir de concentraciones totales de suelo o sedimentos o para determinar concentraciones dinámicas de organismos a partir de concentraciones de agua intersticial.
En la actualidad, existen muchos modelos que se pueden utilizar para predecir efectos biológicos y criterios de valoración de toxicidad, como el modelo QSAR (Relación activa de estructura cuantitativa), el modelo QSPR (Relación de propiedad de estructura cuantitativa) y MMM (Relación matemática multimedia). Modelo) modelo. Los modelos QSAR pueden vincular características estructurales y propiedades fisicoquímicas medidas de compuestos orgánicos con criterios de valoración biológicos como el BCF y la toxicidad. El modelo QSPR es un submodelo desarrollado sobre la base del modelo QSAR. Predice las propiedades físicas y químicas, el comportamiento de distribución, el destino y la tendencia de enriquecimiento de los compuestos orgánicos en función de sus estructuras. Los parámetros químicos de los compuestos. Los errores en los valores mejoran la calidad de los datos utilizados en los modelos QSAR, y algunos modelos QSPR se pueden utilizar para estimar las vías probables por las que los organismos están expuestos a los compuestos.
El modelo MMM proporciona un método de investigación general que se puede utilizar para estimar simultáneamente la migración, distribución, destino, bioconcentración y procesos de bioconcentración de contaminantes en múltiples medios ambientales.
3. Métodos de análisis químico
Existen muchos métodos para evaluar la biodisponibilidad de contaminantes orgánicos utilizando métodos de análisis químico. Por ejemplo, Hatzinger y Alexander propusieron utilizar disolventes orgánicos suaves como agentes de extracción. Refleja la biodisponibilidad de contaminantes orgánicos por organismos en el suelo; Hawthorne utiliza instrumentos de extracción con fluidos supercríticos y extracción acelerada con solventes como herramientas para evaluar la biodisponibilidad de hidrocarburos aromáticos policíclicos en suelos contaminados. En el desarrollo de métodos de evaluación química, un descubrimiento importante fue que la concentración libre de contaminantes disueltos es un componente importante de la eficacia biológica. Al comparar las relaciones dosis-efecto, se ha demostrado la importancia de la concentración en estado libre disuelto para la precisión de las pruebas biológicas. Al mismo tiempo, también se encontró que la concentración de contaminantes libres disueltos concordaba con la concentración del punto final de toxicidad expresada como concentración nominal. Por lo tanto, en los últimos años se han desarrollado una variedad de técnicas de muestreo para la determinación selectiva de compuestos libremente disueltos. En comparación con la tecnología de muestreo activo, el principio de enriquecimiento de la tecnología de muestreo pasivo se acerca más a la forma en que los contaminantes se enriquecen en los organismos biológicos. El proceso de adquisición o concentración de contaminantes mediante dispositivos de muestreo pasivos se basa completamente en la difusión automática de compuestos desde un lugar con alto potencial químico o fugacidad (es decir, la matriz del ambiente externo) a un lugar con bajo potencial químico o fugacidad (es decir, el lugar de muestreo). medio o adsorbente). Sin embargo, el uso de la concentración de los compuestos objetivo en un dispositivo de muestreo pasivo para inferir la concentración en el medio de exposición externo debe cumplir tres condiciones: ① La concentración del contaminante en el muestreador es proporcional a su concentración en el medio de exposición circundante, y la concentración del compuesto que ingresa al muestreador La tasa de intercambio y la constante de difusión deben ser independientes de sus concentraciones externas. ② Es necesario tener datos de calibración de parámetros que puedan cumplir con los requisitos para el monitoreo in situ (es decir, constante de tasa de muestreo y constante de tasa de distribución); ); ③ No destruye el equilibrio original del compuesto en cada fase; generalmente se requiere que la cantidad de compuesto objetivo extraído sea inferior al 10% de la cantidad total del compuesto en el sistema.
En la actualidad, los dispositivos de muestreo pasivo ampliamente utilizados incluyen el muestreador pasivo de membrana semipermeable de trioleína (SPMD), la microextracción en fase sólida (SPME) y la microextracción en fase líquida (LPME). Como muestreador de equilibrio, SPME se usa ampliamente para simular el comportamiento de enriquecimiento de invertebrados en ambientes acuáticos y suelos, y para predecir la biodisponibilidad de contaminantes orgánicos en medios ambientales. SPME puede determinar la verdadera concentración libre disuelta y la concentración de exposición interna de productos químicos en el agua de los poros. LPME combina las ventajas de la extracción líquido-líquido y SPME, y puede seleccionar de manera flexible el solvente de extracción para lograr la extracción de contaminantes orgánicos polares.
Otro nuevo tipo de dispositivo de muestreo pasivo es la membrana compuesta de acetato de trioleína y celulosa (TECAM). El principio de muestreo es similar al SPMD, es decir, el analito objetivo se difunde y se permea desde el medio ambiente circundante. a través de la membrana externa y se acumulan en la fase lipídica hasta alcanzar el equilibrio de distribución. Sin embargo, la estructura de TECAM es diferente de la de SPMD. La trioleína está incrustada en la estructura del polímero de acetato de celulosa en forma de gotitas de lípidos y está estrechamente combinada con ella. En comparación con la estructura apilada simple de SPMD, esta estructura de mosaico se combina más estrechamente entre sí y tiene un área de contacto más grande. El proceso de preparación de TECAM es simple y el proceso de pretratamiento para extraer los compuestos objetivo también es relativamente simple. Generalmente no se requieren pasos de purificación, por lo que tiene buenas perspectivas de aplicación. Las técnicas de muestreo pasivo tienen muchas ventajas sobre los métodos tradicionales para predecir el potencial de enriquecimiento de contaminantes y la toxicidad inicial.
Con respecto a los datos sobre la toxicidad intrínseca de los contaminantes para los organismos o la concentración en los organismos, todavía es difícil tener una comprensión precisa de la biodisponibilidad de contaminantes complejos y la relación sinérgica o antagónica entre ellos. Por esta razón, los datos de pruebas biológicas son esenciales para determinar la relación entre los puntos finales de toxicidad y las concentraciones en estado libre disuelto. Aunque los métodos químicos no pueden reemplazar completamente a los métodos biológicos, los métodos químicos son simples de operar y tienen una buena reproducibilidad de los resultados. Lo más importante es que los métodos químicos son relativamente fáciles de estandarizar, lo que facilita establecer métodos experimentales estrictamente estandarizados correspondientes y proponer un método. sistema de evaluación científica, para que cada laboratorio pueda obtener Los resultados se pueden comparar entre sí, y este es un problema urgente que debe resolverse en el estudio de la biodisponibilidad de contaminantes en el medio ambiente, por lo que se utilizan métodos químicos para simular. El enriquecimiento biológico para evaluar la biodisponibilidad de contaminantes tiene un amplio potencial de desarrollo.
La Tabla 8-9 enumera los niveles de peligro de los COP ingeridos por humanos de diferentes instituciones de investigación y los estándares de límite de ingesta que pueden causar daño.
Tabla 8-9 Evaluación de riesgos y salud de COP específicos
Nota: IDA: ingesta diaria aceptable; Reunión conjunta de la JMPR sobre residuos de pesticidas; OMS; Organización Mundial de la Salud; IARC; instituciones internacionales de investigación del cáncer; .