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Última actualizaciónMar, 27 Sep 2022 11am

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Atrapando contaminantes

Desde que se identifica un nuevo contaminante orgánico hasta que se dispone de las herramientas y normativas para su control, ¿qué investigación se desarrolla? El caso de los contaminantes en agua es un ejemplo paradigmático de una investigación que es prolongada y compleja. Y abarca desde la localización de los contaminantes en la naturaleza, averiguar su toxicidad, hasta establecer límites y prohibiciones, o desarrollar técnicas de análisis.

Uno de los lugares de estudio donde se hallaron altos niveles de PBDE es el río Anoia, afluente del Llobregat (Imagen: IDAEA-CSIC)Un trabajo del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA) del CSIC descubría recientemente que los peces de los ríos en Europa presentan niveles muy elevados de PBDE, unos retardantes de llama que se prohibieron hace más de 10 años.

Los niveles detectados en el estudio, firmado por los científicos Ethel Eljarrat y Damià Barceló, sobrepasan en miles de veces los permitidos en la Directiva Marco del Agua  (2013/39/UE), límites que deben cumplirse a finales del año 2021. Así las cosas, decían los autores del estudio, es muy improbable que se pueda llegar a cumplir la normativa.

El caso de los PBDE

Los PBDE son moléculas bromadas (es decir, contienen átomos de bromo) y forman parte de los llamados contaminantes orgánicos persistentes. Se han empleado durante años para evitar o retrasar la combustión, en caso de sobrecalentamiento o fuego, de muchos productos comerciales: ropa, electrónica, muebles ...

Se han encontrado PBDE en ríos de Europa, de América, Asia y, aunque a menores concentraciones, en África y en la Antártida. Como son lipofílicos, se acumulan en la grasa de los seres vivos. En los ríos, se han hallado en una gran variedad peces, como carpas, truchas, anguilas o siluros. Respecto a su toxicidad, se han asociado con daños en el sistema endocrino de los seres vivos, en las hormonas tiroideas y en los sistemas reproductores.

Hace más de 10 años se prohibieron los PBDE en Europa, pero debido a su gran uso y persistencia aún hoy siguen presentes en el medio ambiente

Si los niveles hallados son tan altos, ¿qué debería hacerse? El trabajo ponía sobre la mesa la necesidad de revisar los límites establecidos para los PBDE. “Parte de la comunidad científica cree que los límites de PBDE en la Directiva no son los adecuados. Se trata de una directiva pensada para preservar los ecosistemas acuáticos, pero los límites establecidos se han basado en los efectos observados en experimentos con ratas y para un único PBDE, uno de los más nocivos”, explica Ethel Eljarrat.

Eljarrat se refiere al BDE-99, un PBDE muy nocivo, que fue incluido en un trabajo de la UE en 2001, en el que grupos de expertos revisaban las sustancias que debían ser incluidas en la Directiva.

Siguiendo las recomendaciones de aquel trabajo, el límite máximo permitido se estableció en 0,0085 nanogramos de PBDE por gramo. Pero otros expertos apuntan que  la carga de PBDE que podrían tolerar los ecosistemas a fin de evitar riesgos para los peces es mayor, por lo que se podría establecer un límite más permisivo, de hasta 44 nanogramos por gramo. Aun así, “los niveles seguirían presentando valores por encima de este nuevo límite”, comenta Eljarrat.

“Los cambios de límites son complicados”, explica Damià Barceló, profesor de investigación del CSIC y uno de los mejores expertos en contaminación de aguas. “Deben pasar por una comisión de expertos o agencias de la propia UE, como la agencia de seguridad alimentaria EFSA o la agencia europea de productos químicos ECHA, que realizan un informe basado generalmente en toxicologia o ecotoxicología.” Con el informe, la propuesta se traslada a la Dirección General de Medio Ambiente de la Comisión Europea, que si dispone de suficientes informes previos puede tomar la decisión o, si no, puede trasladara a su vez la propuesta al Parlamento, para su aprobación. Todo el proceso requiere bastante tiempo.

Estableciendo el límite…

Para establecer un límite, el marco legal contempla dos clases de toxicidad, la ambiental y la humana. Se requieren una serie de ensayos que demuestren fehacientemente la toxicidad de los compuestos en ambos casos. Tal como explica Benjamí Piña, científico del CSIC en el IDAEA, para la toxicidad ambiental, la normativa obliga a que se demuestre la toxicidad con especies acuáticas: un vertebrado (normalmente un pez), un crustáceo, y una planta o alga. Esto en el caso de contaminación en aguas; en el caso de contaminación atmósferica, recalca, es diferente.

De los resultados, se toma el valor más bajo a partir del cual el compuesto es tóxico y se reduce por un factor (normalmente 10, pero pueden ser otros factores). Así, si un compuesto es tóxico a partir de 0,5 gramos por litro, si se reduce por un factor de diez se propondrá un límite de 0,05 gramos por litro. 

Para establecer un límite, se averigua la toxicidad ambiental y humana mediante ensayos con varios organismos

Para demostrar si hay toxicidad humana, normalmente se requieren ensayos sobre dos especies (normalmente ratas y ratones), y el valor mínimo a partir del cual se observan efectos tóxicos de reduce por un factor de 1000. Es decir, si en los experimentos se observa toxicidad a partir de 0,5 gramos por litro, se propondrán límites máximos permitidos de 0,0005 gramos por litro (0,5 miligramos). Sin embargo, a veces los resultados no permiten establecer de forma clara un límite legal de seguridad y se opta por establecer unas cantidades asumibles.

Ética y experimentación

De cualquier forma, cada vez más se intenta eliminar los experimentos con animales y seguir el principio RRR (acrónimo de Refinar, Reducir y Reemplazar). Es decir: refinar los experimentos, para que sean lo más efectivos posible y reducir así su número y, en la medida de lo posible, reemplazarlos con otras alternativas.

Para los experimentos de toxicidad, se estudian alternativas como células, el crustáceo Daphnia magna o pulga de agua (imagen) o embriones de peces cebra, organismos que, hasta donde se sabe, se suponen no-conscientes.

Entre esas alternativas está el uso de células, de invertebrados como Daphnia magna, popularmente conocida como pulga de agua, o de embriones de peces cebra, organismos que, hasta donde se sabe, se suponen no-conscientes. Son modelos de laboratorio que aún están investigándose.

El grupo de Toxicologia del IDAEA-CSIC estudia el uso de dos de estos modelos alternativos: los embriones de pez cebra (el equipo liderado por Demetrio Raldúa) y la pulga de agua Daphnia magna (el equipo liderado por Carlos Barata) para analizar los efectos de  dioxinas, estrógenos, “obesógenos” como el tributilo de estaño (TBT) y compuestos neuroactivos.

… y los métodos de detección

El otro pilar indispensable de la investigación es desarrollar métodos de detección suficientemente precisos y sensibles para detectar los niveles establecidos como límite en la norma. Es una investigación que se desarrolla de forma paralela al estudio de la toxicidad.

Se desarrollan métodos para aislar y detectar el contaminante en muestras de diversa índole

En los laboratorios del IDAEA-CSIC trabajan en la detección de contaminantes orgánicos en el medio acuático y terrestre, en muestras ambientales así como en alimentos. El reto es desarrollar métodos para aislar y detectar el contaminante en muestras de diversa índole (lo que se denomina “matriz”): agua, suelo o sedimento, lodo, músculo o grasa de un animal, entre otros.

En Cataluña, por ejemplo, y al igual que en otras comunidades, los programas de seguimiento y control de la calidad de las aguas fluviales establecen una serie de lugares a controlar, en los que se toman las muestras. Antoni Munné, de la Agencia Catalana del Agua (ACA), explica que  muchos compuestos son de difícil detección y la normativa establece límites máximos muy bajos (nanogramos por litro), lo que implica la necesidad de llevar las muestras a laboratorios muy especializados.

Por eso a veces se requieren herramientas portátiles, tipo quits, para realizar los análisis in situ y detectar en el mismo lugar y rápidamente determinados contaminantes o patógenos. Son sistemas que incorporan anticuerpos, bacterias u otras moléculas capaces de reaccionar específicamente a algunos contaminantes. Estas herramientas son útiles para la vigilancia ambiental que depende de las administraciones, pero también para el control de vertidos en empresas o para la  acuicultura.

En este campo las iniciativas son múltiples. Por ejemplo, el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC, en colaboración con las universidades de Murcia y Regensburg (Alemania), desarrolló un sensor de mercurio para sistemas portátiles de detección muy precisos.

Bisensor óptico basado en el uso de bacterias similares a las de la biota humana: si la muestra es tóxica para las bacterias del sensor, también lo será para consumo humano o animal. Imagen: IMB-CNM.

Otro ejemplo, son dos proyectos europeos, ‘Sea on a chip’ y ‘Bravo’, que perseguían controlar con laboratorios flotantes la contaminación del mar, especialmente la presencia de dioxinas, patógenos o antibióticos en las piscifactorías. Los laboratorios flotantes contendrían diversos biosensores y la electrónica necesaria para trasmitir los datos de forma remota. Los proyectos cuentan con la participación del Instituto de Quimica Avanzada de Cataluña (IQAC), el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB), el Instituto de Diagnòstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA-CSIC) i del Centro d'Investigación en Nanotecnología y Nanociencia (CIN2).

Otras veces no importa tanto detectar un contaminante concreto sino establecer de forma rápida si el agua es apta para el consumo. ¿Cómo hacerlo con un solo biosensor?

Un grupo del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC ideó una ingeniosa estrategia para obtener un biosensor que permita saber en minutos si el agua es apta para el consumo, y así tomar decisiones rápidas en caso de desastres ambientales. El sistema se basaba en el uso de bacterias similares a las de la biota humana: si la muestra es tóxica para las bacterias del sensor, también lo será para consumo humano o animal.

¿Hasta dónde llegan los contaminantes?

¿Cómo saber hasta dónde ha llegado un contaminante?  Ethel Eljarrat y Silvia Diaz-Cruz, del CSIC, explican el caso de los insecticidas piretroides y de los filtros solares,  “compuestos relativamente nuevos”, que con toda probabilidad se han dispersado al medio pero de los que “aún no se sabe muy bien cual es su comportamiento ambiental”.

En dos estudios recientes, se demuestra por primera vez que los huevos de diferentes especies de aves de Doñana contienen insecticidas piretroides y filtros solares, lo que demuestra además que la transmisión es pre-natal.

En dos estudios recientes, se demuestra por primera vez que los huevos de diferentes especies de aves de Doñana contienen insecticidas piretroides y filtros solares. Imagen: EBD / CSIC.

Otros estudios recientes han demostrado que los mamíferos (delfines) acumulan y transmiten a sus crías insecticidas piretroides y filtros solares, y que filtros solares y parabenos se acumulan en las placentas de mujeres embarazadas.

También se ha visto en delfines que algunos contaminantes pueden traspasar la barrera hematoencefálica protectora del cerebro.

La forma cómo se transmite un contaminante también es relevante. Así, un trabajo demostró que en lagos remotos de los Pirineos y de los Tatras (Eslovaquia) se están dando casos de feminización en peces por la contaminación de disruptores endocrinos que llegan al agua a través de la atmósfera.

El trabajo alertaba de una posible influencia general sobre la salud humana de la contaminación transportada por el aire, incluso a lugares muy alejados de los focos emisores, tal como explicaban dos de sus autores, los científicos del CSIC Joan Grimalt y Benjamí Piña.

Los estudios de campo ambientales son esenciales para planificar la vigilancia ambiental

Estos estudios de campo ambientales aportan luz sobre la dispersión del contaminante y los posibles efectos sobre los seres vivos, y son esenciales para saber qué contaminantes son los más nocivos y planificar estrategias de vigilancia ambiental. Para saber, en definitiva, qué hay que controlar y dónde.

El problema de los contaminantes organicos en aguas requiere varias soluciones, explica Damià Barceló. Además de mejorar los métodos de depuración de aguas, "con técnicas de tratamiento avanzado, costosas y a veces dificiles de implementar, hay que trabajar también en la prevención de la contaminacion".

Todos debemos contribuir. La Administracion debe mejorar en lo que pueda el tratamiento de las aguas residuales y la poblacion debe tomar conciencia del problema. “Se requiere utilizar menos productos químicos en nuestra rutina diaria, menos cantidad de productos de cuidado personal, de pasta dentrífica por ejemplo –que contiene triclosan, un contaminante omnipresente-, tomar menos fármacos – no es necesario tomar 600 miligramos de ibuprofeno, basta con 200...”, ilustra Barceló.

Lo malo, explican Silvia Diaz-Cruz y Ethel Eljarrat, es que muchas veces se llega tarde. Toda esta investigación requiere décadas de estudio, y no se dedica suficiente esfuerzo para buscar compuestos alternativos menos tóxicos. Mientras tanto, los compuestos contaminantes se siguen usando y dispersando… todo es demasiado lento.

Mercè Fernández
Unidad de Comunicación / CSIC Cataluña

 

Para saber más:

Dirección General de Medio Ambiente de la Comisión Europea

UE Directiva Marco del Agua

Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA)

Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM)

Instituto de Ciencias del Mar  (ICM)

Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB)

Agencia Catalana del Agua (ACA)

Gestión del agua, Ministerio Agricultura, Pesca, Alimentación y Medio Ambiente