BIOAMPLIFICAREA ÎN SISTEMELE ACVATICE

• Bioamplificarea = proces de transfer al unui compus chimic:- când concentraţia unui compus (de regulă nebiodegradabil sau puţin biodegradabil) atinge valori mai mari decât în hrană;- când principala cale de preluare este cea alimentară.

• Fiecare verigă trofică va reprezenta locul de desfăşurare a procesului de creştere a concentraţiei compusului toxic pe măsură ce se urcă spre vârful piramidei trofice.

1. Preluarea contaminanţilor din hrană• Preluarea compuşilor xenobiotici din hrană de

catre organisme are loc în tractul gasto-intestinal prin unul din următoarele mecanisme:- desorbţia compuşilor chimici din matricea în care se află, urmată de transportul lor prin membrana lipidică a tractului gastro-intestinal;- digerarea hranei, însoţită de eliberarea contaminanţilor din matricea sa şi transportul lor prin membrana lipidică;- preluarea contaminanţilor odată cu nutrienţii din hrană.

• Modelarea procesului de bioamplificare se realizează, de asemenea, analog procesului de bioconcentrare:

hrană kh organism ke apă

• Constanta de preluare a contaminantului din hrana poate fi exprimată prin produsul dintre rata de hrănire a organismului h (kg hrană/kg corp/zi) şi eficienţa de preluare a sa din hrană Eh (în procente). Notând cu Ch concentraţia compusului în hrană (moli/kg hrană) şi cu Corg concentraţia acestuia în organism (moli/kg corp) se poate descrie procesul matematic prin ecuaţia:Corg/dt = h Eh Ch – ke Corg

• În realitate însă, rata de hrănire depinde de specia biologică şi stadiul de dezvoltare al organismului.

• În general organismele poichiloterme au rate de hrănire mai mici decât organismele homeoterme.

• Eficienţa de preluare a compuşilor chimici din hrană depinde, de asemenea, de specia biologică şi structura chimică a compusului.

• Factorul de bioamplificare poate fi dedus în condiţii de staţionaritate: BFA = Corg/Ch = h Eh/ke

• Întrun lanţ trofic fiecare nivel poate constitui

veriga de transfer şi, eventual, de bioamplificare a unui poluant întro biocenoză contaminată, mai ales în cazul compuşilor nebiodegradabili.

• Tratarea matematică prezentată poate fi extinsă pentru mai multe nivele trofice.

apă fitoplancton zooplancton (0) (1) peşti microfagi peşti răpitori păsări (2 – 3) (4) ihtiofage (5)

• Pentru fiecare nivel trofic se poate scrie relaţia care descrie variaţia concentraţiei în timp a compusului chimic contaminant şi care poate permite, impunând condiţia de staţionaritate, calculul factorului de bioamplificare.

• Corg 2 = BFA(1,2) Corg 1

• Corg 3 = BFA(2,3) Corg 2 = BFA(2,3) BFA(1,2) Corg1

• BFA(1,2) = h2 Eh2/ke2

• BFA(2,3) = h3 Eh3/ke3

• Bioamplificarea este, de asemenea, puternic dependentă de specia contaminată.

• Speciile care conţin nivele ridicate ale compuşilor organocloruraţi prezintă în general activităţi scăzute ale sistemului enzimatic de oxidaze cu funcţiune mixtă (monooxidaze).

• Si alţi compuşi, ca dibenzodioxinele policlorurate şi compuşii bifenilici policloruraţi, prezintă aceeaşi tendinţă accentuată de a se concentra spre vârful piramidelor trofice.

• Compuşii lipofili cu timpi de înjumătăţire relativ mici (de exemplu compuşii aromatici policiclici) nu prezintă aceeaşi tendinţă de bioamplificare la trecerea de la un nivel trofic la altul.

• Unii compuşi aromatici policiclici prezintă fenomenul de activare metabolică.

• Bioamplificarea este, din fericire, un fenomen mai degrabă rar. Explicaţia acestei constatări provine din faptul că, în ecosistemele acvatice, fenomenul de bioconcentrare este rezultatul a două procese de preluare a compuşilor chimici din mediu: preluarea directă, prin tegumente şi prin branhii şi preluarea pe cale alimentară.

(1) BFA

Corg dCorg h

Capa

• La concentraţiile foarte mici din apă la care se gasesc mulţi compuşi organici de sinteză, calea de preluare alimentară este neglijabilă în raport cu cea directă, care constituie principala cauză a contaminării.

• Un factor esenţial în explicarea bioconcentrării pe cale directă a compuşilor în organismele acvatice este raportul suprafaţă/volum al acestor organisme. Pentru organismele de talie mică, situate de obicei la baza piramidei trofice, va exista o tendinţă mult mai accentuată de bioconcentrare a contaminanţilor din apă comparativ cu organismele mari, la care acest proces este mai puţin important.

2. Preluarea contaminanţilor din sedimente• Unele organisme acvatice se hrănesc cu

sedimente sau detritus. • În sedimentele care prezintă o distribuţie

verticală a concentraţiilor de compuşi chimici, aceste organisme detritivore vor fi expuse în mod diferit contaminării.

• Intre specii există diferenţe în ceea ce priveşte sursele de preluare a contaminanţilor: sedimentele de suprafaţă sau de adâncime, apa interstiţială sau de la suprafaţa sedimentului.

3. Preluarea contaminanţilor pe căi multiple: din apă, sediment şi hrană

• Pentru a putea stabili care dintre aceste căi deţine rolul principal in preluarea unui contaminat este necesară cunoaşterea mecanismului şi cineticii fiecărui proces în parte. Un instrument util în acest sens este modelul de bioacumulare de ordimul întâi.

Preluarea multiplă a unui compus chimic din mediul acvatic:

apă (Capă) kapă

hrană (Ch) kh organism (Corg) ke apă sediment(Csed) ksed

• Capă, Ch şi Csed reprezintă concentraţiile compusului chimic în apă, hrană, sediment; kapa, kh şi ksed sunt constantele proceselor de preluare din apă, hrană şi sediment, Corg este concentraţia pe care o atinge compusul în organism iar kereprezintă constanta de eliminare a sa din organism în mediul acvatic. Fiecare constantă cinetică de preluare poate fi exprimată prin produsul dintre eficienţa de preluare şi volumul de apă ce trece prin branhii, cantitatea de hrană şi de sediment care traversează tractul gastro-intestinal al organismului:

(1)

dCorg

dtEapaVapa

Capa

EhH C

h E

sedS C

sed k

eCorg

Variaţia concentraţiei compusului chimic din organism în timp, în cazul preluǎrii multiple din mediul acvatic, este descrisă de ecuaţia: