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Cianotoxinas y Agua Potable
Jerold Last, Professor, University of
California, Davis, CA EEUU
Procedencia de la Informacin
Utilizada para esta Presentacin
Agradecimientos al Departamento de
Servicios
de Salud del Estado de Oregon por proveer la
informacion para muchas de las diapositivas
utilizadas en esta presentacin.
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Objetivos
Anlisis de las estrategias para el tratamiento
de aguas.
Anlisis del Cyanobacteria en el ambiente.
Anlisis de toxinas Cianobacterianas y de sus
efectos sobre seres humanos y animales.
Administracion del problema de toxinas
cianobacterianas
WHO---1999, 2005
El anlisis de Cianotoxinas con anlisis
inmunoqumicos o de enzimticos o las bioensayos
de toxicidad son pruebas biolgicas simples, tienen
solamente demandas moderadas en el equipo y se
puede realizar potencialmente por funcionarios de
salud local o autoridades ambientales. Sin
embargo, estas tcnicas requieren la formacin del
personal especfica y el control de calidad
peridico comparando resultados con los de
mtodos ms elaborados.
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Tratamiento del Agua Potable
La eficacia de la eliminacin de toxinas
cianobacterianas del agua depende de la
concentracin total de las toxinas algales, la
forma de la toxina, y si es intracelular o
extracelular. Los contaminantes disueltos, tales
como toxinas cianoalgales extracelulares, son los
ms costosos de quitar porque el tratamiento
convencional (floculacin, coagulacin,
sedimentacin y filtracin) no son generalmente
eficientes, y no son necesarios a no ser que el
contaminante se oxide con la desinfeccin.
Mtodos de Tratamiento de Aguas
Existen varias opciones para quitar y hacer inactivo a
las cianotoxinas intracelulares y extracelulares en
aguas de distintintas fuentes. La primera
consideracin debe ser optimizar la eficacia de los
procesos existentes.
Las cianotoxinas intracelulares se pueden quitar con
eficacia por la filtracin convencional y tratamiento
de la membrana.
La cloracin y el tratamiento ultravioleta no son
eficaces para inactivar las toxinas algales
extracelulares.
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Tratamiento de Agua-2
Varios oxidantes pueden inactivar algunos de
las cianotoxinas. Pero es importante recordar
que ningn oxidante puede dejar inactivas
todas las cianotoxinas. El cloro degrada con
eficacia las cianotoxinss extracelulares (los
microcistinas y cilindrospermopsina) entre pH
6.0 y 8.0, y las saxitoxinas con pH de 9 o ms.
Tratamientos de Depsitos con Algicida
El tratamiento del algicida se ha propuesto como el
mtodo ms rentable para la eliminacin de la
toxinas en instalaciones de tratamiento del agua
potable. Deben ser aplicadas en la fase inicial del
desarrollo de la floracin cuando las densidades de
clula son bajas para reducir el potencial de la
liberacin de las altas concentraciones de toxina
intracelular que se pueden asociar con floraciones
densas. El algicida de ms usado, sulfato de cobre,
tiene impacto ecolgico amplio y a largo plazo, sus
resultados son insatisfactorios.
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Tratamiento de Aguas
El tratamiento convencional de aguas
comnmente consiste en la combinacin de
coagulacin, clarificacin (sedimentacin o
flotacin de aire) y filtracin. La eficacia en este
tratamiento de las toxinas extracelulares es
baja. Se requieren dosis muy altas de carbn
activado para quitar la toxina, y su eficacia es
menor que el 100% . La oxidacin con cloro no
es eficaz, mientras que la smosis reversa y el
ozonizacin con las altas dosis del ozono
parecen quitar a microcystina-LR.
La Prevencion es Preferible
Si las fuentes de agua potable se supervisaran
regularmente, las floraciones algceas se podran
tratar con mayor facilidades en las densidades
algceas bajas cuando los microcistinas son
intracelulares. La eliminacin de la Cianobacteria
por filtracin y desnatado quita la mayor parte de
las toxinas. La eliminacin de las toxinas
extracelulares es mucho ms difcil y las toxinas
llegan a ser extracelulares en las altas densidades
algceas a medida que las clulas se lisan.
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Qu son Microcystis? Microcystis son algasazulverdes
(cyanobacteria) encontradas comnmenteen aguas dulces ricas en
nutrientes. Sus floracionesse estn encontrando con ms frecuencia y
las toxinasasociadas a ellas son causapor preocupacin mundial.
Causas de Floraciones Algceas
Las floraciones de Microcystis son causadasgeneralmente por la
eutroficacin (enriquecimientonutriente) del agua. El alimento
limitador estpicamente fosfato.
Las floraciones se pueden originar por el desecho de
fertilizantes agrcolas, campos de golf, y de cspedesurbanos
Aguas de desague no tratadas, o parcial-tratadasLiberacin de
fosforo en la parte inferior del lago o de
charcos donde las condiciones son propiciasLa presencia de
Microcystis puede aumentar realmente la
liberacin de fosforo de los sedimentos de tal maneraque aceleran
el crecimiento de la floracin.
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Parque del Jardn de Grandview , Beijing, China
El ProblemaLos Microcystis contienen toxinas conocidas
comomicrocystins. Estas toxinas pueden causar muertes en los pesces
y tambien en seres humanos. Hay otras especies del cyanobacteria
las cuales producen lasmicrocistinas: Anabaena
OscillatoriaNostoc
HapalosiphonAnabaenopsis
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La toxicidad aguda es la mayor preocupacin. Las
Microcistinasatacan al hgado causandohemorragias y mal
funcionamientode hgado. La toxicidad crnica es tambin
unapreocupacin ya que la exposicinde largo plazo a dosis
relativamentebajas pueden causar el desarrollo de los tumores en el
hgado.
Floraciones Algceas: Soluciones qumicas
Limitar la afluencia de alimentos al aguamediante tcnicas ms
eficientes para el desecho de fertilizantes.
Lagos y charcos de dragado donde hay altascantidades de fosforo
implicadas en los sedimentos.
Uso combinado de sulfato de aluminio y de sulfato de cobre.
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Floraciones Algceas: OtrasSoluciones
Sin usar productos qumicos de control se ha usadoextracto de
paja descompuesta de la cebada. Los experimentos produjeron una
disminucin de diezveces los niveles de la clorofila.
La radiacin ultravioleta (UV) en pequeas dosisantes del
desarrollo de la floracin inhibe la reproduccin. Adems, la
radiacion UVaumenta la gravedad especfica de las clulas de tal modo
quelimitan su capacidad de permanecer en suspensin, previniendo con
eficacia la fotosntesis de Microcystis.
Ozonizacin, smosis reversa, Tratamientocon activado del
carbn.
Otras Soluciones
Bank filtration Ozonizacin Osmosis ReversaTratamiento con carbn
activado
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Depuracin Completa de las Microcistinas
Durante el perodo de la floracin (Argelia,
otoo), la eliminacin del total* de la floracin
de Microcystis y sus toxinas se logr mediante
una instalacin de tratamiento clsico
utilizando coagulacin y floculacin, carbn
activado pulverizado en el magnesio 15 por
litro, filtracin lenta de la arena, y desinfeccin
con cloro antes del almacenaje.
* A partir de 28.9 ug por litro menos que la
pauta del WHO de 1 ug por el litro (basado en
prueba biolgica).
De las Playas de Montevideo, Espuma
Scum
Sample DateChlorophyll, ug/L MC, ug/L
Cells/mL
Puerto Buceo 11/18/04 355 39 4.50E+05
Puerto Buceo 11/19/04 4262 40 5.30E+05
Pocitos 12/27/04 2420 22 7.40E+05
Ramirez Oeste 1/9/06 9601 1900 1.20E+08
Ramirez Este 1/9/06 4560 620 8.00E+06
Pocitos 12/22/06 2547 20000 1.20E+07
Punta Carretas 12/22/06 1463 17000 1.40E+07
Malvn 3/6/08 18610 3000 7,2x106
Ramrez 3/6/08 726 250 1,2x106
Pocitos 3/6/08 4582 1100 1,1x106
Pocitos 3/6/08 7182 30000 4,4x106
Ramrez 3/7/08 2216 1100 2.0E+06
Pocitos 3/7/08 9099 3800 4.3E+06
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De las Playas de Montevideo, Floracion
Disperse Cyanobacteria
Sample DateChlorophyll, ug/L MC, ug/L
Punta Espinillo 1/10/04 6 12
Buceo 1/12/04 41 9
Pocitos a 200 m 1/27/04 4 0.2
Linea Z 2/4/04 22 16
La Colorada 2/18/04 11 32
Malvn 3/10/04 6 8
Pocitos 2/10/04 4 nd
Zabala 3/20/04 51 58
Zabala 3/21/04 23 4
Pajas Blancas 3/21/04 18 2
La Colorada 3/21/04 32 27
Cyanobacteria y Sus Toxinas
Dave Stone, PhD
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Toxinas de Cyanobacteria:
La Cianobacterias pueden producir una amplia gama de
neurotoxinas, de toxinas del hgado, de toxinas de la clula y de
irritantes de la piel. Adems, muchos gneros, tales comoAnabaena,
pueden producir toxinas mltiples.
Toxina Gneros del CyanobacteriaMicrocystin Microcystis,
Anabaena, Oscillatoria,
Nostoc, Anabaenopsis, & moreAnatoxin-a Anabaena,
Aphanizomenon
Clyindrospermopsin Cylindrospermopsis, Aphanizomenon
Saxitoxins Anabaena, Cylindrospermopsis, Aphanizomenon, &
more
Lipopolysaccharides Todos
Produccin de Toxinas:
La mayora de las toxinas de la cianobacterias se encuentranen la
clula cuando las condiciones son favorables. Las floraciones ms
viejas tienden a soltar las toxinas en el aguamientras las clulas
se abrren (o va el tratamiento con el sulfato de cobre).
Los estudios han demostrado que el contenido de la toxina esel
ms alto con temperaturas entre 18-25 0C; a las temperaturasms bajas
y ms altas (10 0C y 30 0C) el contenido de la toxinadisminuy. Se
observ tambin que las clulas tienen nivelesms altos de la toxina
cuando estaban crecidas en el grande y pequeo pH.
En aguas que contenan alto grado de fsforo, las
cepashepatotxicas produjeron ms toxinas (ningun efecto sobre la
produccin del anatoxina-a). Las especies que no fijan N -nitrgeno,
tales como Microcystis, producen ms toxinas en condiciones de alto
contenido de nitrgeno.
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Maneras Posibles de Exposicin: -Ingestin crnica a travs del agua
potable contaminada.
-Ingestin del agua, de la inhalacin de gotitas o del contactocon
las membranas mucosas nasales a travs del contacto con aguas
recreacional.
-Consumo de pescados y crustceos de las aguascontaminadas.
-Contacto cutneo con las toxinas a travs del bao o de
actividades recreacionales tales como nadar, esqu y la canoa
Los nios son ms susceptibles a las toxinas por una variedad de
razones, incluyendo el hecho de tener cuerpos ms pequeos, el
potencial para una ingestin ms fortuita y la reaccion a los
sntomas.
Microcistinas:
Las microcistinas son las toxinas cianobacteriales que
mscomunmente se detectan en aguas frescas y salobres.
Las toxinas son solubles en agua y la mayora de lasmicrocistinas
no pueden penetrar directamente a travs de lasmembranas celulares
de la planta o del animal. La absorcin de estas clulas ocurre a
travs de transportadores de la membrana. El hgado es el rgano
afectado por sus efectos txicos.
Las Microcistinas son altamente txicas bastando dosis bajaspara
causar efectos mortales. La pendiente de la curva de la respuesta a
la dosis es alta -- dao agudo pues se acerca el umbral.
Hay una cierta evidencia de que lasmicrocystinas tambin
puedenactuar como promotores de tumores. (Microcystis
aeruginosa)
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Toxina de Microcystin:-pptido grande, cclico con varias
variantes estructurales - la forma linear (avera o los productos
del precursor) es menos el txico 100x comparado con la toxina
cclica
1988 (el Brasil): Una epidemia severa de gastroenteritis caus
msde 2000 casos registrados (88 muertes). Las
investigacionessealaron a una floracin masiva del Anabaena y de
depositos de Microcistinas como la causa de esta epidemia
Conexin epidemiolgica del cncer de hgado en las
poblacionesrurales chinas infectadas con la Hepatitis-b con el agua
potable contaminadas con microcystinas.
En el Brasil, 117 pacientes desarrollaron la enfermedad del
higado(las muertes 50+) atribuida a la dilisis con agua contaminada
con microcistinas (tambin ocurrida en los E.E.U.U. en 1975).
Los salmones del Atlnticos que ascendan los rios en Canad y los
E.E.U.U. murieron de enfermedades del higado progresivascausadas
por organismo no identificado que producia microcistinas;
produciendo prdidas econmicas severas
Brotes de Enfermedad por Microcistinas :
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En aguas oscuras, las microcystinas pueden sobrevivir meses y
hasta aos. Las espumas de las microcystinas que se secan en
lasorillas pueden contener altas cantidades de toxinas por
meses.
Microcistinas siguen presentes aun despus de hervir el agua y
tiene un alto nivel de estabilidad qumica. La luz del sol
descompone lentamente las microcistinas. Los fotopigmentos y el
cido hmico pueden acelerar este proceso.
A pesar de su estabilidad qumica, lss microcistinas son
susceptibles a la descomposicin bacteriana. Las bacteriasque las
degradan se encuentran en agua y sedimento del lago, agua de ro y
efluentes de las aguas residuales.
Destino y Descomposicin de Microcistinas
Mientras ms aguas de superficiales se analizan buscando la
presencia de cylindrospermopsinas, ms se continanencontrando a una
escala global. Ciertas cepas de Cylindrospermopsis, Anabaena, y de
Aphanizomenon son capaces de producir esta toxina.
Cilindrospermopsinas:
El blanco principal de la toxicidad es el hgado. Otros
rganostales como los riones, los pulmones, los intestinos y el
coraznpueden ser tambin afectados.
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Caractersticas de la Toxina Cylindrospermopsina:
Altamente soluble en agua.
Estable en temperaturas y el pH extremos.
Ninguna degradacin de la toxina despus de 15 minutos de
ebullicin.
La toxina degradar ms rpidamente bajo luznatural comparada a la
luz UV de la onda corta.
A menudo, el nivel de cylindrospermopsinaproducido de manera
extracellular exceder el nivelde toxina dentro de las clulas.
Cylindrospermopsinas fueron reconocidas por ser un
posiblesiniciadoras de tumores.
No se encontraron reportes de estudios de efectos reproductivos
o teratrogenicos
Efectos de Cilindrospermopsinas: Sobre la Salud
-Sntomas de la toxicidad del cylindro-spermopsina en
ganado:debilidad, anorexia, palidez de membranas mucosas y diarrea.
Varias incidencias de muerte en ganado se han atribuido a
estatoxina.
(Cylindrospermopsis raciborskii)
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Misterio de la Isla de la Palma:
En 1979, una gran floracin ocurri en un depsito de la Isla de la
Palma, Australia (el agua fue tratada con cloro pero sin filtro).
Los residentes se quejaron de un mal gusto y un mal olor del
aguapotable, as que el agua fue tratada con el sulfato de cobre
paramatar la floracin.
Poco despus, 139 nios y 10 adultos se quejaron de
sintomassimilares a los de la hepatitis incluyendo la
hepatomegalia, malestar, anorexia, vmito, dolor de cabeza y dolor
de estmago. El malfuncionamiento del rin, la diarrea sangrienta y
la orinatambin fueron revelados. En algunos casos, la prdida de
electrlitos era tan severa que los pacientes sufrieron de
choquehipovolmico.
Analisis del depsito de las aguas revel la presencia de
Cylindrospermopsis raciborskii.
(Anabaena flos-aquae)
Se han atribuido a las Anatoxinas, envenenamientos de muchos
animales y de aves silvestres. Los sntomas, incluyendo muerte,
pueden ocurrir en minutos. No se encontr informacin sobre la
exposicin crnica a los anatoxinas.
Anatoxins:Anatoxinas son agentesneurotoxicos producidos por
unavariedad de cyanobacterias. Son alcaloides, que son capaces de
transformarse en subproductostxicos. Anatoxinas son establesen
aguas oscuras, pero son susceptibles a la degradacinfotoqumica. La
descomposicines acelerada por condicionesalcalinas.
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Efectos en la Salud por Anatoxinas:
Anatoxina-a: exposicin a ellas puedecausar parlisis, a la
asfixia y a la muerte; ~ oral LD50 (ratones) 5 PPM; lasexposiciones
repetidas a la toxinacausaron malformaciones fetales e impidieron
crecimiento en camadas de hmsters; ninguna toxicidad maternal
fueobservada.
Anatoxina-a(S): es un organo fosforadoorgnico potente producido
por los Anabaena flos-aquae; esta toxina bloqueaactividades del
acetylcholinesterase; ningunos estudios de toxicidad oralesfueron
encontrados; los sntomasincluyen la debilidad de msculo,
fallarespiratoria y convulsiones
Antecedentes de la Exposicin del Anatoxin-a:
En julio de 2002, cinco adolescentes fueron a nadar en una
charcaen un campo de golf en el condado de Dans, Wisconsin. La
charcafue descrita como espumosa y sucia. Los muchachos jugaroncon
el agua y se sumergieron bajo el agua.
De los dos que se sumergieron, uno muri de paro cardaco agudo48
horas ms tarde y el otro enferm con diarrea aguda y dolor
abdominal. Los anlisis de sangre en los muchachos confirmaronla
presencia de Anabeana flos-aquae y de anatoxin-a.
Consultaron con un experto en algas para saber si se
encontrabanen el agua cantidades suficientes de la toxina, como
para causarlos sintomas, pero no se pudo determinar por la cantidad
de tiempoque haba transcurrido antes de la muerte (centinela del
diario de Milwaukee, de sept. el 5 de 2003). La ingestin fortuita
de las aguascontaminadas fue establecida como la causa de esta
muerte en el informe forense de este condado en Wisconsin.
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Toxinas Irritantes---Lipopolysacaridos
Lipopolysaccharides (LPS) se encuentran en la pared
celularexterna de bacterias gramnegativas. Son pirognicas y
puedenser txicasConsisten generalmente en un azcar y un componente
del cido graso. Generalmente, la porcin del cido graso causauna
reaccion irritante o alergnica en seres humanos y animales. Algunos
estudios han demostrado que lasendotoxinas de los LPS del
cyanobacteria son menos txicasque otras toxinas bacterianas de los
LPS, tales comoSalmonella y Escherichia Coli.
Toxinas Algales en Tejido de los Pescados y Crustceos:
Cilindrospermopsina: distribucin de la toxina en cangrejos era
el 5:1 entre las visceras y el msculo. No se
detectcilindrospermopsina en el msculo de los pescados de arco
iris, pero s fue detectado en el hgado.
Microcistinas: Se pueden acumular en los crustceos y el hgado de
pescados. Algunos estudios han encontrado microcistinas en el
cuerpode pescados (gama: microcystin de 16 - 300 ppb en
prendedero). De acuerdo con un RfD de 0.04 ug/kg/day, esto no
presentara un peligropara la salud al pescador aficionado. Las
recomendaciones actuales son las de retirar los rganos durante las
floraciones moderadas y no hay recomendaciones para la consumicin
en floraciones severas queexceden 1.000.000 cells/mL.
Anatoxins: ninguna informacin pudo encontrarse.
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Niveles y Estndares de Riesgo:
Agua potable (provisional): 1 ug/L microcystin-LR (WHO);
anatoxin-a de 3 ug/L (Australia)
Suplementos dietticos de BGA: microcistina de 1 PPM (ODA)
Consumo diario tolerable (provisional): 0.04 ug/kg/day (WHO)
Relativamente poco riesgo de efectos nocivos: 20.000cells/ml
(microcystin de 4 ug/L)
Probabilidad moderada de efectos nocivos: 100.000 cells/ml
(microcystin de 20 ug/L) Alta probabilidad de efectos nocivos:
Espumas
Aguas de Bao Recreacionales (WHO):
Consideraciones Especiales:
Las espumas pueden aumentar densidad de clula local y la
concentracin de la toxina en questin de horas. Esto
tieneimplicaciones numerosas para la salud pblica y presenta un
desafo para los horarios de rutina para la supervisin del agua.
Cuando la floracin esta muerta, puede parecer que el agua no es
daina, pero los niveles de la toxina pueden estar en su msalto.
La incidencia de los sntomas menores (nusea, el vomitar,
diarrea) asociados a la exposicin recreacional en aguas con
bajonivel de toxinas algceas son encontradas muy
frecuentemente.
Es muy probable, que no se hayan identificado todas
lascyanobacteria txicos ni que todas las toxinas se
hayandescubierto hasta ahora.
Los nios y personas con dolencias preexistentes deben ser
considerados como grupos de riesgo susceptibles.
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Fuentes de Informacin AdicionalLibros:
Cyanobacteria txicas en el agua, Chorus y Bartram, ed.
OrganizacinMundial de la Salud, publicada por el & de E; FN
Spon (1999) Microcystis txico, Watanabe, Harada, Carmichael,
Fujiki, ed., publicadopor la prensa del CRC (1996) Pautas para los
ambientes recreacionales seguros del agua, & costerodel volumen
1; Aguas dulces, Organizacin Mundial de la Salud (2003)
Web sites:
www.aims.gov.au/arnat - red Australiana de la investigacin para
lastoxinas algceas
www.dhs.state.or.us/publichealth/esc/docs/maadvisories.cfm
-Departamento de Oregon de Servicios Humanos
Determinacin
Analisis
Evaluacin costes ventajas consulta
Proceso de Desarrollo de la Pautadel Agua Potable
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Toxinas Cianobacterianas en Canad: La Historia-1
1990-1992-1993: M-LR identificado en los lagosAlberta,
detectados en fuente del agua potable del lago Winnipeg shoal, y en
el sistema de distribucinde la ciudad.
Manitoba pide una Adventencia de Emergencia de salud (EHA) en
Canad en 1994 EHA de 0.5 g/L para el M-LR en agua potable, EHAs se
desarrollapara las situaciones especficas; no tienen la revisin/la
consulta rigurosas de pautas.
Toxinas Cianobacterianas en Canad: la Historia-2
Microcystina-LR fue agregada a la lista de prioridad para la
evaluacin.
Los exmenes canadienses hasta la fechaindican que
Microcystina-LR es la hepatotoxina ms comn presente en
abastecimientos de agua.
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Floraciones de Cianobacterias en Canad
Las floraciones ocurren en todas lasprovincias (Praderas, Qubec
etc).
Las floraciones tienden a ocurrirgeneralmente varias veces en la
mismafuente: pequeas aguas de superficie bajas, de movimiento
lento, muy comunes en laspraderas afectadas.
Fuentes de Exposicin Humana
Consumo del agua potable Uso recreacional de los lagos y de los
ros
(transmisiones orales y cutneas) Duchas (inhalacin y cutnea)
Tabletas algceas del alimento (oral)
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Animales Sobre todo de la
hepatotoxina Dao del rin Dao de pulmn Promotor de
tumores
Humanos Calambres de
estmago,vomito, diarrhea, fiebre, dolor de cabeza,
doloresmusculares y en lasarticulaciones;
Gastroenteritis aguda Dao del hgado
Efectos de la Microcistina-LR Sobre Animales y SeresHumanos
Factores que Afectan a la Formacin de la Floracin y la Produccin
y Persistencia de la Toxina
Formacin de la floracinAlimentos inorgnicosTemperatura del
aguanivel del pH: 6-9 Luz del daTurbiedadTurbulenciaCorriente
Produccin de la toxinaFactores ambientalesTemperatura, luz,
nivelesdel nitrgeno, carbndixido y/o pH Diferencias
genticasProcesos metablicos
Persistencia de la toxina
Estancamiente del agua
Resistencia a los extremos del pH
a prueba de calor
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Administracion del depsito Prcticas de eliminacion de nutrientes
Eliminacion de las clulas algceas Coagulacin, clarificacin,
filtracin, desinfeccin Clulas del dao de la necesidad no para
mantener las
toxinas clulas
Eliminacion de la toxina Oxidacin (ozonation); otros mtodos
tales como
ultravioleta, chloraminacion y perxido de hidrgeno no parecen
ser eficaces
carbn activado (mejor a base de madera de los productos)
Filtracin-biodegradacin lenta de la arena
Microcistinas - Administracion del Agua
Resumen
Mtodos estndares para el tratamiento de agua
potable pueden ser no muy efectivos para eliminar
toxinas, especialmente las toxinas extracelulares.
Prevencin es la mejor Proteccin.
Toxinas Cianobacterianas en floraciones de algas,
especialmente las microcystinas, representan peligro
para la salud de la gente y de los animales.
Regulaciones estndares para microcistinas han sido
propuestas.Los anlisis de niveles de toxinas son
ms tiles que anlisis de contenido de algas en el
agua.
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Anlisis de microcistinas en
agua
Lima: Noviembre 2010
Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health
consequences, monitoring andmanagement.
(http://www.who.int/water_sanitation_health/resourcesquality/toxicyanbact/en/index.html).
Evaluation of Analytical Methods for Detection and
Quantification of Cyanotoxins in Relation toAustralian Drinking
Water Guidelines
(http://www.nhmrc.gov.au/publications/synopses/_files/eh22.pdf)
Evaluation of methods for the isolation, detection and
quantification of cyanobacterial hepatotoxins(2006). Aquatic
Toxicology, 78:382-397
Distintas especies de cianobacterias son capaces de
sintetizar distintos compuestos txicos (cianotoxinas)
Lipopolisacaridos (n=?):Pared celular de gramnegativos
Microcistinas y nodularinas (70-80):ciclic hepta- o
penta-pptidos no ribosmicos
Alcaloides (+20): anatoxinas y saxitoxinas
(neurotoxinas)Cilindrospermina (hepatotoxina)
Lpido A
cilindrospermopsina
anatoxina-A
microcistina LRsaxitoxina
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Distintas evidencias sobre los efectos txicos de las
microcistinas han
llevado a la introduccin de valores de referencia
Efectos sobre los animales domsticos y la vida silvestre
Efectos sobre humanos vinculados al consumo de agua para beber,
consumo de animales contaminados o exposicin a aguas
recreacionales
Recomendaciones de la OMS Agua potable
< 1 ug/L MC-LRAguas recreacionales (riesgo)
Bajo: 2-4 ug/L, efectos alergnicosMedio: 20 ug/L,
hepatotoxicidad por
ingestin accidental Alto: Espumas (scums)
Anlisis de microtoxinas: Cmo y
qu medir?
Toxinas libres
Toxinas intracelulares
Los distintos mtodos miden microcistinas
en solucin.
El congelado-descongelado es la forma ms comn y sencilla de
extraer el contenido intracelular
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Distinas estratgias para la determinacin de
cianotoxinas/microcistinas
Mtodos biolgicos
Mtodos bioqumicos
Mtodos Inmunolgicos
Mtodos Moleculares
Mtodos Instrumentales
bioen
sayo
sM
todo
s fis
icoqu
mico
sRelacin entre la sensibilidad y selectividad
de distintos mtodos analticos para
microcistinas
MMPBA (2-methyl-3-methoxy-4-phenylbutyric acid) un producto de
oxidacin de microcistinas que se determina por GC
LC-MS/MS
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Anlisis de microcistinas: Mtodos biolgicos
Bioensayo con ratones
Estima la toxicidad global de la muestra
Es costoso, poco sensible, no cuantitativo y ticamente
cuestionado
Grupos con distintas dosis
LD50 (mg masa celular seca/kg de ratn)La clasificacin es:
>1000 no txico, 500-1000 baja toxicidad, 100-500 media txicidad
y
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Anlisis de microcistinas: Mtodos
bioqumicosInhibicin de las fosfatasas de
serinas/treoninasEnsayos:Radiomtricos (32P) 0.1 ug/mlColorimtricos
1.3-2.5 ug/mlFluorescentes 0.1 ug/ml
Simple y rpidoPermite estimar niveles de MC menores a los
recomendados de la WHOEl resultado presenta en principio correlacin
con la toxicidadNo son especficos de microcistinas, otros
inhibidores en la muestra interfieren (cido okadaico, cantharidin,
etc).til como tcnica de screening
Adda
Arg
Leu
D-Ala
MC-LR
Protein fosfatase 1 (PP1) humana unida a la microcistina LR
Anlisis de microcistinas Mtodos
Inmunolgicos
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Principo de funcionamiento del ELISA
Instrumental analysis: Separation Immunoassays: Specific
recognition
SO3Na
OR
OR
O
O
OHO O
C l2CH Cl
n
OO CO OH
SO3-
COOH
SO3-
OH
HOCl
OH
NO2O2N
OH
NO2
HO
NO2
HO
OHCl
C l
HO
H
HO
H
H OH
HO
HH
HO
H
HO H
HO
H
HO
H
HO
H
HO
H
HO
H
HO
HH
OH
HO
H
HO
H
HO
H
HO
HHO
H
OH
HO
H
HO
H
H OH
H OH
H OH
COOH
SO3
-
Principio de funcionamiento del ELISA
SO3Na
OR
OR
O
O
OHO O
C l2CH Cl
n
OO COOH
SO3-
COOH
SO3-
OH
HOCl
OH
NO2O2N
OH
NO2
HO
NO2
HO
OHCl
C l
HO
H
HO
H
H OH
HO
HH
HO
H
HO H
HO
H
HO
H
HO
H
HO
H
HO
H
HO
HH
OH
HO
H
HO
H
HO
HH
OHH
OH
OH
HO
H
HO
H
H OH
H OH
H OH
COOH
SO3
-
Instrumental analysis: Separation
-
Principio de funcionamiento del ELISA
signa
l
Componentes de un inmunoensayo para
microcistinas
Ez
MC-LR
En el formato que se muestra la microcistina libre e
inmovilizada compiten por el anticuerpo. En otros formatos, el
anticuerpo se encuentra inmovilizado, y un conjugado
microcistina-enzima y la microcistina de la muestra compiten por la
unin al mismo.
Anticuerpo
MC-LR
MC-LR
MC-LR
Antgeno de competicin:microcistina unida covalentemente a una
protena (carrier)
Microcistina presente en la muestra a medir
EzSegundo anticuerpo
-
El inmunoensayo El inmunoensayo parapara microcistina eses un un
ensayoensayo de de competicin por el anticuerpo entre la
microcistina libre (en la muestra) e inmovilizada
(adsorbida en la placa)
En auscencia de MC
MC-LR
MC-LR
MC-LR
Ez
Ez
SubstratoSubstrato
En prescencia de MC
MC-LR
MC-LR
MC-LR
Abso
rba
nci
aAb
sorb
an
cia
ConcentraciConcentracinn
SubstratoSubstratoEz
MC-
XXMC-XX
MC
-XX
MC-XX
MC-XX
MC-XX
MC-XX
MC-XX
Ez
Ez
Ez
La curva tLa curva tpica del ensayo de MC implementadopica del
ensayo de MC implementado
0,01 0,1 1 10
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Abso
rban
ce (45
0 n
m)
M icrocystin-LR/gL -1
20% inhibicin
80% inhibicin
Para la adaptacin en un formato de kit los puntos que definen la
regin dosis respuestas entre el 20-80% de inhibicin se suministran
como soluciones preparadas de estndar. La concentracin de la
muestra problema se obtiene por interpolacin.
IC50 = 0.35 g/L 0.07Lmite de deteccin = 0.1 g/L
-
Dependiendo de la reactividad cruzada del anticuerpo utilizado
se
tendr una medicin global o individual de los distintos
congneres
7 70 .4 2 0 .0 3M C -L F
E L IS A sh o w s a fa ir ly g o o d cro ss-rea c tiv ity w ith
d ifferen t M C co n g en ers w h ich p erm its a n d
o v era ll es t im a tio n o f M C s co n ten t
6 00 .4 4 0 .0 7N o d u larin
* U n id en tif ied M C co n g en ers see H P L C sec tio n
5 20 .6 0 0 .0 2M C -L W
8 90 .3 6 0 .0 2M C -A D A 2 *
1 1 90 .2 7 0 .0 2M C -A D A 1 *
6 80 .4 5 0 .0 3M C -Y R
6 80 .4 5 0 .0 5M C -R R
1 0 00 .3 2 0 .0 3M C -L R
M o lar C ro ss R e ac tiv ity (% ) IC 5 0 ( g /L )M ic ro c y
stin
7 70 .4 2 0 .0 3M C -L F
E L IS A sh o w s a fa ir ly g o o d cro ss-rea c tiv ity w ith
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* U n id en tif ied M C co n g en ers see H P L C sec tio n
5 20 .6 0 0 .0 2M C -L W
8 90 .3 6 0 .0 2M C -A D A 2 *
1 1 90 .2 7 0 .0 2M C -A D A 1 *
6 80 .4 5 0 .0 3M C -Y R
6 80 .4 5 0 .0 5M C -R R
1 0 00 .3 2 0 .0 3M C -L R
M o lar C ro ss R e ac tiv ity (% ) IC 5 0 ( g /L )M ic ro c y
stin
El ELISA tiene una buena reactividad cruzada con diferentes
congneres lo que permite una estimacin global de microcistinas
La tLa tcnica de ELISA es una valiosa herramienta para hacer una
cnica de ELISA es una valiosa herramienta para hacer una
estimaciestimacin de la presencia de microcistinas en muestras de
agua y n de la presencia de microcistinas en muestras de agua y
espumas espumas Existen distintos kits de ELISA comerciales y en
general los fabricantes proveen instrucciones detalladas para su
uso. Los resultados son generalmente expresadas como ug/ml de MC-LR
que constituye el estndar del kit. EnviroLogix Inc., Portland, Me,
USAStrategic Diagnostics Inc., Newark, DE, USAWako Chemicals,
Osaka, JaponBeacon, Analytical SystemsEtc.
Todos estos kits operan con una sensibilidad que permite estimar
la concentracin de microcistinas por debajo del lmite recomendado
por la WHO.
Para una dada muestra la apreciacin del efecto matriz, por
ejemplo, requiere el entendimiento del principio de funcionamiento
del kit y del disponer de estndares de MCspara evaluar este efecto.
Cuando el efecto de la matriz es importante, entonces debe
considerarse la utilizacin de tcnicas de limpieza de la muestra
(clean-up)
-
Qu tanto se acerca la informacin del ELISA a dar una idea de
la toxicidad de la muestra?
Aba Aminoisobutyric acidDMAdda O-Acetyl-O-demethylAddaDha
Dehydroalanine
MC-LR
Nodularina
MC-LF
Nodularin
*Unidentified MC congeners see HPLC section
MC-LW
MC-ADA 2*
MC-ADA 1*
MC-YR
MC-RR
MC-LR
Microcystin
MC-LF
Nodularin
*Unidentified MC congeners see HPLC section
MC-LW
MC-ADA 2*
MC-ADA 1*
MC-YR
MC-RR
MC-LR
Microcystin
77
60
*Unidentified MC congeners see HPLC section
52
89119
68
68
100
Molar Cross Reactivity (%)
77
60
*Unidentified MC congeners see HPLC section
52
89119
68
68
100
Molar Cross Reactivity (%)
Mtodos instrumentales para el anlisis de microcistinas
-
HPLC-UV Mtodo de referencia: ISO 20179:2005
Anlisis de microcistinas por HPLC
Extraccincido actico 5% o metanol 75% Clean up
Si se uso extraccin con metanol, la concentracin debe reducirse
por evaporacin o dilucin para que se adsorba a la collumna
Cartuchos para concentracin y clean up Ligando = C18Concentracin
del eludo x 500 o x 1000 para anlisis de agua
WHO,2004; Breitig and von Tumpling, 1982; Pietsch et al.,
2001
-
HPLC con arreglo de diodos (PDA-HPLC)
MC-RR
MC-LR
MC-YR
Anlsis por HPLC de tres extractos de floraciones encontradas
en
el Rio de la Plata
La falta de estndares dificulta la estimacin total de
microcistinas cuando se usa HPLC con deteccin UV/vis
Cuntos de estos picos pueden corresponder a otros congneres de
MC?
LR
Ad
da
?
YR
RR
ELISA
MALDI-TOF
LRRR
LW
-
ELISA vs HPLC, a modo de resumen
ELISA
LR
Ad
da
?
YR
RR
Microcistinas en solucin
ELISAscreening
semicuantitativo
HPLCcuantificaci
n
Clean up y concentracin
Anlisis directo Estimacin global de MCs(Si el ELISA tiene un
grado de reactividad cruzada similar para los congneres)
Estimacin de la composicin y concentracin de congneres (solo
para aquellos de los que se dispone de estndares)
Laboratorio de Higiene Ambiental
Monitoreo de calidad de aguas del Ro de Plata en Montevideo.
-
El Ro de la PlataMONTEVIDEO
OCANO ATLNTICO
Cuenca del Ro de la Plata3,1 millones de km2 (5 en el mundo)100
millones habitantes(50 gdes. Ciudades)75 grandes represas
Evaluacin de la calidad sanitaria (contaminacin fecal) de las
aguas de playas desde hace mas de 30 aos.
Monitoreo de cianobacterias a partir del ao 2000Comienzo del
Estudio de la calidad Ambiental de Agua, Sedimentos y Biota del Ro
de la Plata en 2007
-
Asegurar a la poblacin la adecuada calidad del agua de las
playas en cuanto a su balneabilidad.
Evaluacin de la calidad del agua de las playas del Departamento
de Montevideo
Objetivo
Recuperacin de la calidad de aguas para recreacin porlas obras
del Plan de Saneamiento
Media geomtricadel mes de enero
-
Certificacin Gestin Ambiental de PlayasISO 14001 (Febrero 2005-
al presente)
ALCANCE
2005:
Playas Ramrez, Pocitos, Buceo, Malvn y de los Ingleses.
Comprende la superficie de playa dentro de dos puntas
rocosas hasta el cordn de la vereda e incluyendo la gestin
de limpieza, saneamiento, guardavidas, control de la calidaddel
agua, actividades recreativas y deportes.
2007-2010:
Se han incorporado nuevas playas al sistema
El monitoreo de cianobacterias se realiza en forma asociada a
los muestreos de calidad bacteriolgica de lasplayas de
Montevideo
Se complementa con un registro visual sistemtico en toda la
costa.
Monitoreo de floraciones de cianobacterias
-
Pun
ta
Espi
nillo
del C
erro
de lo
s In
gle
ses
Verd
ede
la
M
ula
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Carr
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Ga
s
E.Sa
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Pun
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Yegu
as
del N
acio
nal
La Es
taca
da
Puntos de muestreo de agua de las playas de Montevideo
N
S
EW
Se inicia con inspeccin visual de la costa y anlisis de
clorofila a y parmetros fsico qumicos en playas donde en playas
afectadas. Monitoreo hoy: Control visual 15 de noviembre al 31 de
marzo, en das alternados (3 a 4 veces por semana)Anlisis de rutina
en 6 playas una vez por semana de clorofila ay microcistinas (ELISA
Fac. Quimica, Centro Fogarty, Uruguay)
Cuando se detectan floraciones seintensifica el monitoreo:
Identificacin y recuento de clulas en presencia de espuma
-
Especies predominantes en el
Ro de la Plata Amplia dominancia gnero Microcysits
M. aeruginosa 50%
con otras especies de Microcystis 35%
(M. flos-aquae, M. novacekii, M. panniformis, M.
wessenbergii)
Mximas concentraciones de toxina en agua:
30.000- 45000 ug MCs/L (ELISA)
Ocasionalmente: Microcystis y Anabaena
Anabaena spiroides, Anabaena circinalis, Anabaena vigueri
Datos identificacin especies aportados por MScGraciela Ferrari
(LATU) perodo 1992-2008
REGISTRO VISUAL DE FLORACIONESSe reconocen 3 situaciones:
1.- Ausencia de floraciones
2.- Presencia colonias dispersas
3.- Presencia de acumulaciones:
Espuma cianobacteriana
-
Capacitacin a Guardavidas para poder informar a los usuarios de
las playas en caso de aparicin de espumas Llamada telefnica diaria
a las bases de guardavidas
Monitoreo de floraciones de cianobacterias
-
Ramirez, 4 febrero 04
-
Clorofila segn visualizacin en tres
categoras (Ro de la Plata)
ANLISIS DE MUESTREOS DE CLOROFILA (2002-2008)
TEST AUSENCIA PRESENCIA ESPUMA
N 416 141 31
Min 1 1 138
Max 117 200 38000
Suma 4700 2691 130000
Media 11 19 4300
Error Std. 0,72 2,53 1300
Desv. Std. 14,7 30,1 7400
Mediana 6 9 2216
Media Geom. 7 9 1800
PERCENTIL 95 37 86 18600
Microcistinas segn visualizacin en
tres categoras (Ro de la Plata)ANLISIS DE MUESTREOS DE
MICROCISTINAS (2004-2008)
TEST AUSENCIA PRESENCIA ESPUMA
N 70 51 20
Min 0,1 0,1 17
Max 5,7 32 30000
Suma 27 136 53000
Media 0,38 2,7 2600
Error Std. 0,11 0,79 1500
Desv. Std. 0,93 5,63 6569,05
Mediana 0,1 0,4 785
Media Geom. 0,15 0,64 584,911
PERCENTIL 95 2 9 30000
-
Monitoreo de floraciones de cianobacterias ao 2009-2010
Presencia de cianobacterias en muestreos de playas
38%
23%39%
Muestreos sin floraciones
Presencia de floraciones deCianobacteriasPresencia de espuma
cianobacteriana
Frecuencia de deteccin de espuma cianobacteriana-porcentaje de
das con salinidad inferior a 5 caudal en el Ro Uruguay (en el total
de muestreos). Perodo: temporadas estivales en 2000 -2010.
-
Al final de esta temporada estival 2009-2010 se
defini la implementacin de una bandera
verde con una cruz roja para sealar
situaciones de posible riesgo para salud de los
baistas en las aguas del Ro de la Plata en
Montevideo.
Monitoreo de floraciones de cianobacterias
Conclusiones:
Fuerte asociacin entre la salinidad en las playas, la descarga
del ro Uruguay y la presencia de cianobacterias en la costa de
Montevideo
La concentracin de clorofila a y microcistinas en presencia de
colonias dispersas corresponde en general a la categora de riesgo
moderado para la salud(OMS)
-
Playa Pocitos, 2003Playa Pocitos, 2003
-
PerspectivasAvance del Estudio de la calidad Ambiental de Agua,
Sedimentos y Biota del Ro de la Plata iniciado en julio de 2007 que
evala el impacto del saneamiento en el estado trfico del Ro de la
Plata (colaboracin ocn la Seccin Oceanologa de la Facultad de
Ciencias para los estudios de biota bntica)Iniciacin de la segunda
etapa del Proyecto binacional (Argentina- Uruguay) FrePlata:
-continuacin del monitoreo conjunto en ambas mrgenes e
implementacin de los Planes de Accin Estratgica ( Prevencin y
Control de la Contaminacin y Restauracin de habitats)
- colaboracin con el Laboratorio Tecnolgico del Uruguay (LATU,
Toxinas naturales) en el tema cianotoxinas, preparacin de material
de referencia e intercomparacin de mtodos analticos.
Mejoras en al gestin costera (Proyecto ECOPLATA)
Cooperacin interinstitucional hace posible los desarrollos
metodolgicos
Este trabajo, en sus diversas etapas, se sustenta en la
colaboracin tcnico-cientfica entre mltiples instituciones cuyo
aporte permite complementar la formacin de los involucrados.
Los conocimientos obtenidos han permitido la toma de decisiones
que han tenido un impacto local muy positivo para la poblacin de la
ciudad.
Aspiramos a que los estudios actuales sirvan de base para
acciones mas globales a nivel de una cuenca compartida de grandes
dimensiones y de enorme importancia econmica y social.
-
MUCHAS GRACIAS!
Laboratorio de Calidad Ambiental, Camino al Faro s/n, Punta
Carretas.Telefax 711 24 06 al
08http://www.montevideo.gub.uy/institucional/publicaciones/documentoshttp://www.montevideo.gub.uy/ciudadania/desarrollo-ambiental/playas
Recuperacin de la calidad de aguas para recreacin porlas obras
del Plan de Saneamiento
