1. CURSO DE ESPECIALIZACIÓN
VIGILANCIA AMBIENTAL Y OCUPACIONAL
Monitoreo Ambiental
Evao-modulo 5
CONTAMINACIÓN POR METALES
PESADOS: Monitoreo
Nelva Elena Alvarado G., PhD
Instituto Especializado de Análisis
Universidad de Panamá
Mayo, 2013

2. Origen de la Contaminación

3. Crecimiento de la población Costera: Contaminación Marina
 La salud de los océanos del mundo y la vida marina se está degradando rápidamente
como resultado de las actividades humanas en exceso.

4. ECOSISTEMAS DE LOS SUELOS

5. METALES, LOS ECOSISTEMAS Y LA TOXICIDAD

6. Generalidades
METAL: Elemento químico caracterizado por una fuerte
conductividad térmica y eléctrica, brillo peculiar (metálico),
aptitud para la deformación y una marcada tendencia a
formar cationes.

7. Metales Esenciales Metales No Esenciales
Concentration
Physiological
Effects
Low Excessive
Defficiency Beneficial Toxic
Optimum
AccurateModerate High
-
+
Low ExcesiveModerate
Tolerable
High
Highly Toxic
Serious health damageToxic
-
+
 Su falta Provoca Alteraciones Patológicas
 Superan el Umbral Tóxico
 No se conocen un papel biológico
 El Umbral Tóxico es pequeño

8. METALES, LOS ECOSISTEMAS Y LA TOXICIDAD
Cu
Cu
Pb
Ni
Ni
Cd
Cd
Pb

9. METALES PESADOS
•Presentes en cantidades pequeñas o trazas en el ambiente.
•Presentes en tejidos biológicos y gran afinidad por los complejos muy estables
como cationes divalentes, libres o ligados a residuos sulfhidrilo, hidroxilo,
carboxilo, imidazol, proteínas, ácidos nucleicos y polipéptidos.
•Se unen a los grupos donadores de electrones de las bases heterocíclicas, a la
desoxirribosa de los nucleósidos y a los grupos fosfatos de los nucleótidos y los
ácidos nucleicos
•Poseen una marcada preferencia por grupos donadores de azufre (en
comparación con los donadores de oxígeno)
METALES PESADOS: grupo de elementos de P.M. 63,5 a 200,6 con una
distribución electrónica similar en su capa externa (Rainbow, 1993).

10. Compuestos Organómetalicos Imposex
Contaminación por Metales
Antifouling agent
Forbidden 2003
Algunos Ejemplos

11. 1979: Oysters arcachon (Francia)
Compuestos organómetalicos
(TBT)
Contaminación por Metales
Oysters in Cantabria
Algunos Ejemplos

12. NANOPARTICLES (NPs) 1 – 100 nm.

13. Minamata / HgEfectos Biológicos: Salud Humana

14. CONTAM
INACIÓN
CONTAM
INACIÓN
ForurensningForurensning
BesmettingBesmetting
POLLUTIONPOLLUTION
El Grito. Munch
दूषणदूषण

15. Efecto de los contaminantes de los MetalesEfecto de los contaminantes de los Metales
Los metales y metaloides pueden generar, carcinogénesis
química, alteraciones en la expresión génica y estrés
oxidativo
El metal interactúa con H2O2produciendo HO· mediante la
reacción de Fenton. El HO· provoca:
→Daños en lípidos de membrana
→Daños en proteínas
→Daños en ácidos nucleícos
→En general: daños metabólicos en el
organismo, que pueden conducirle a la muerte.
→Estos efectos pueden ser premutagénicos

16. Metales y Expresión GénicaMetales y Expresión Génica
METAL
Los metales interaccionan con la cromatina
Los metales deben alcanzar el núcleo
En el núcleo, los metales se unen al ADN, a proteínas histónicas o a
proteínas no histónicas.

17. Metales y Expresión GénicaMetales y Expresión Génica
Los cambios en la secuencia de nucleótidos del ADN pueden modificar la
expresión génica.
Los cambios en la secuencia de nucleótidos del ADN pueden modificar la
expresión génica.
Los metales provoca daños en el ADN El metal interactúa con, H2O2
produciendo HO· mediante la reacción de Fenton. El HO· provoca:
•Oxidación de bases o de la desoxirribosa
•Pérdida de bases
•Formación de hélices sencillas
•Roturas de hélices dobles
•Formación de “puentes” ADN-proteína
•Formación de “puentes” ADN-ADN
Los metales afectan a la fidelidad de la replicación
•Inhibición de enzimas requeridas para la replicación
•Inhibición de la síntesis de nucleótidos
•Alteración de los procesos de metilacióndel ADN
•Alteración de los componentes del complejo de replicación del ADN

18. La introducción por el hombre directa o indirectamente, de sustancias o
energías en el medio marino, ha originado efectos perjudiciales:
•Daños a los recursos vivos
•Riesgos para la salud humana,
•Obstáculos para las actividades marinas
•Deterioro de la calidad para el uso del agua del mar y reducción de
posibilidades de utilizar este medio para actividades de esparcimiento.
La contaminación es debida a un aporte por el hombre al agua del mar, agua
dulce, ambiento marino costero, sedimentos u organismos de una sustancia
por encima de los niveles naturales de la misma.
CONTAMINACIÓN MARINACONTAMINACIÓN MARINA

19. Metales en el medio Marino
Fuentes Naturales:
Degradación de las rocas (químico y físico)
Lixiviado de lo sedimentos
Ambos procesos pueden estar controlados por factores
biológicos y bacterianos
Vías de AccesoVías de Acceso
Aportes costeros: ríos y erosión por las olas
Aportes oceánicos: volcanismo submarino y procesos químicos en
los sedimentos
Aportes atmosféricos: pueden alcanzar la superficie del mar
por deposición seca (partículas) o húmeda (lluvia), así como por
intercambio gaseoso.

20. Metales en el medio Marino
Fuentes Antropogénicas:
Minería
Uso de metales en las industrias
Quema de combustibles fósiles
Vertidos humanos industriales
Vías de AccesoVías de Acceso
Tierra firme: ríos, emisarios y escorrentías
Atmósfera: compuestos volátiles y particulados de los complejos
industriales.
Aportes marítimas
Arsenico

21. TRANSPORTE DE METALES EN EL MEDIO MARINOTRANSPORTE DE METALES EN EL MEDIO MARINO
Los metales movilizados por el hombre se introducen en los ciclos
biogeoquímicos naturales y se mueven entre los cuatro grandes
compartimentos de la Tierra: atmósfera, hidrosfera, litosfera y
biosfera.
La transferencia se realiza mediante tres grupos de mecanismos:
reacciones químicas, actividad bacteriana y toma-deposición por
parte de animales y plantas.
El transporte y la distribución depende del estado químico del
elemento pudiendo transformarse en formas físico-químicas
diferentes y aparecer en algún componente del ecosistema
marino donde no deberían encontrarse provocando daños sobre
los organismos marino sobre el ser humano.

22. DESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINODESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINO
Agua del mar: Los movimientos horizontales y verticales de las
aguas aseguran una cierta redistribución de metales.
Procesos que modifican los niveles de metales el agua del mar:
Dilución y dispersión
Precipitación
Adsorción
En general, un metal introducido en el mar
permanece poco tiempo en el agua receptora
En general, un metal introducido en el mar
permanece poco tiempo en el agua receptora

23. DESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINODESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINO
Sedimentos: Metales presentan gran afinidad por las partículas en
suspensión, tanto sólidos como coloides orgánicos e inorgánicos,
siendo transportados por ellas.
Se produce un enriquecimiento del contenido de metales en los
sedimentos de fondo de estuarios y zonas costeras próximas a
áreas industriales y urbana.
DESTINO FINAL
Unido a la dinámica de la materia particulada se
acumulan en zonas de baja energía hidrodinámica.
DESTINO FINAL
Unido a la dinámica de la materia particulada se
acumulan en zonas de baja energía hidrodinámica.

24. DESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINODESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINO
Los sedimentos reflejan bastante bien el estado de contaminación
de un área porque acumulan los contaminantes (tanto en
suspensión como en disolución).
Los contaminantes no permanecen ligados indefinidamente a los
sedimentos, ya que por procesos físicos, químicos y biológicos
pueden ser liberados de nuevo a la columna de agua y estar
disponibles para los organismos marinos.
Sedimentos son una reserva y una fuente potencial de
contaminantes al medio marino y reflejan de un modo fiel e
integrado en el tiempo el estado de contaminación de un área por
lo que son objeto de estudio en la mayoría de los programas de
vigilancia y control de la contaminación marina.

25. DESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINODESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINO
Mayor incremento en los estudios desde 1965,
envenenamiento en Minamata por Hg.
Los organismos acumulan los metales, directamente desde el
agua o a partir de la alimentación, en proporciones muy
superiores a las concentraciones existentes en el agua del mar.
Los factores de concentración dependen del metal (forma
química), de factores ambientales (ciclos estacionales,
temperatura, salinidad..); biológicos (crecimiento y
reproducción).
No son biodegradables, se acumulan asociados a la materia
orgánica e inorgánica. Los organismos los regulan y los no
excretados permanecen en el cuerpo y se acumulan a lo largo
de la vida del individuo.
Organismos

26. Reducción de la diversidad del sistema
Bioacumulación de metales pesados en los tejidos de los
organismos marinos a lo largo de la cadena trófica hasta llegar
al hombre
Mutaciones en las poblaciones que va en detrimento de la
viabilidad genética y de la calidad del producto
EFECTOS QUE LAS ALTAS CONCENTRACIONES DE
METALES PESADOS PRODUCEN
EFECTOS QUE LAS ALTAS CONCENTRACIONES DE
METALES PESADOS PRODUCEN

27. DESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINODESTINO DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINO

28. ACUMULACIÓN DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINOACUMULACIÓN DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINO
Los metales no son biodegradables, se acumulan asociados a la
materia orgánica e inorgánica.
Los organismos los regulan y los no excretados permanecen en el
cuerpo y se acumulan a lo largo de la vida del individuo.
BIOACUMULACIÓNBIOACUMULACIÓN
Si la fuente del contaminante es solamente el agua, es más correcto
hablar de
BIOCONCENTRACIÓNBIOCONCENTRACIÓN

29. BIOACUMULACIÓN
Los organismos los regulan y los no excretados permanecen en el cuerpo
y se acumulan a lo largo de la vida del individuo.
Las concentraciones de metal
(metilmercurio) en un organismo
vivo, aumentan con la edad
Metilmercurio

30. BIOCONCENTRACIÓN
La bioconcentración es
el proceso por el cual los
organismos,
especialmente los
acuáticos, pueden
absorber y concentrar
sustancias, como los
plaguicidas,
directamente del medio
(agua) que les rodea, a
través de su superficie
respiratoria y de su piel.

31. ACUMULACIÓN DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINOACUMULACIÓN DE LOS METALES EN EL MEDIO MARINO
El grado de acumulación en invertebrados y peces depende de la
biodisponibilidad (capacidad de un compuesto para ser incorporado a
un organismo) y de la fisiología de un organismo.
Los organismos que se alimentan de estos ejemplares presentan dieta
enriquecida en metales y tampoco son capaces de excretarla por lo que
aumenta su concentración corporal
BIOMAGNIFICACIÓNBIOMAGNIFICACIÓN

32. BIOMAGNIFICACIÓN
Los organismos tróficamente superiores, entre ellos el hombre, se
pueden encontrar expuestos a elevadas concentraciones de estos
elementos.
DDT
Las concentraciones de DDT
en los organismos vivos,
aumenta a lo largo de la
cadena trófica.

33. - Forma del metal: - inorgánica - soluble: ion, complejo o quelato iónico, molécula
- orgánica - particulado: coloidal, precipitado, adsorbido,
- Presencia de - acción conjunta
otros metales - antagonismo - aditiva, más o menos que aditiva
o tóxicos - sin interacción
- Factores que
afectan a la
fisiología del organismo - T, pH, O2 disuelto, luz, salinidad
y probablemente
la forma del metal
en agua
- estadio de desarrollo (ej: huevo, larva)
- cambios en el ciclo vital (ej: reproducción)
- Condiciones - edad y tamaño
del organismo - sexo
- estado nutricional
- actividad,
- estructuras de protección adicional (ej: concha)
- adaptación a los metales
- Respuesta
etológica - comportamiento alterado
Factores que determinan la toxicidad de los metales pesados disueltos (Bryan, 1976)Factores que determinan la toxicidad de los metales pesados disueltos (Bryan, 1976)

34. EXPOSICIÓN A METALES
El jardín de Camille Pisarro, 1898.

35. Metales en el medio Marino
Exposición a Metales
Sustitución de elementos esenciales (p.e. centros activos de
enzimas).
Cambio en la conformación y reactividad de enzimas.
Sustitución de grupos (p.e. fosfato) por otros con dimensiones
similares (p.e. arsenato ).
Precipitación y formación de complejos insolubles.
Alteración de la permeabilidad de las membranas.
Sustitución de elementos con funciones electroquímicas (s).

36. M M-MT
Lysosomes
MT
M
MT
?
2. El interior de la célula (ligandos celulares: MT, lisosomas)
3. Transporte
4. Acumulación en órganos diana
5. Excreción
M
M Cl2
0
M
M
M
M
M
M
MM
+
+
+
+
Lipid Permeation
Complex Permeation
Carrier Mediated
Ion Channel
Ion Pump
Endocytosis
Clathrin
coated pit(modified from Simkiss & Taylor, 1989)
1. A través de la membrana hacia el interior de la célula.
ENTRADA E INCORPORACIÓN DE LOS METALES

37. COMPOSICIÓN CELULAR DE LA LAMINA BRANQUIALCOMPOSICIÓN CELULAR DE LA LAMINA BRANQUIAL
•Célula de cloruro (CC)
•Mucocitos (MC)
•Células respiratorias (CR)
•Células pavimentosas (PC)
•Célula de la lamina Basal (BLC)
Modified from Dang, et al., 1999
water
Gill
Lamellae
Blood
Nelva E. Alvarado, Iban Quesada, Ketil Hylland Ionan
Marigómez, Manu Soto. 2006.
Aquatic Toxicology 77:64–77

38. CC
MC
PC
BLC
RC
PC
CV
PVC
RC
Célula de Cloruro
•Rol de regulación ionica
•Balance acido -base
•Transferencia del gas
Olsson et al., 1998
BRANQUIA DE RODABALLOBRANQUIA DE RODABALLO
Nelva E. Alvarado, Iban Quesada, Ketil Hylland, Ionan
Marigómez, Manu Soto. 2006. Aquatic Toxicology 77:64–77

39. Inmunohistoquímica
Histoquímica Convencional
A Cont 7dAMG B Cd 1ppm 7d
C
Cd 1ppm 1dPCNA
D
C 7dPAS Zn 1ppm 1dE PAS
Autometalografía
Alvarado et al., 2006.
Aquatic Toxicology 77:64–77

40. A
Control 7d
B C
D
F
E
Cambios HistopatológicosCambios HistopatológicosNelvaE.Alvarado,IbanQuesada,KetilHyllandIonanMarigómez,ManuSoto.2006.
AquaticToxicology77:64–77

41. Nelva E. Alvarado, Iban Quesada, Ketil Hylland Ionan Marigómez, Manu Soto. 2006.
Aquatic Toxicology 77:64–77

42. A Con 1h B Cd 7d C Cd Detox
D Cu 7d E Zn 7d F Zn Detox
Localización autometalografíca de metales (BSD)
HÍGADOHÍGADO
Alvaradoetal,2005.74:110–125.AquaticToxicology

43. Cuantificación de los iones
metálicos en hígado de
rodaballo, tras la técnica de
autometalografía
La cuantificación de los depósitos (iones
metálicos) negros de plata (BSD por su
siglas en inglés), se realizo mediante el
Sistema de Análisis de Imagen (BMS)
software desarrollado por Sevisan, S.A.
(Biological Measurement System-BMS);
Los parámetros que se obtienen son: Vv
y Nv. Estos parámetros se refieren al
volumen, y al número de iones
metálicos.
Nelva E. Alvarado, Amaya Buxens , Luis Ignacio Mazón , Ionan
Marigómez, Manu Soto, 2005. 74 :110–125. Aquatic Toxicology

44. HÍGADO-GRADO DE VACUOLIZACIÓNAlvaradoetal,2005.74:110–125.AquaticToxicology

45. Cuantificación del grado
de vacuolización
mediante densidad
volumétrica en
hepatocitos de rodaballo.
Autometalografía
Esta tinción se basa en la técnica
fotográfica tradicional o tinción de
plata, durante el revelado o tinción se
acumula plata metálica que sustituye
al metal presente en la muestra
biológica.
Nelva E. Alvarado, Amaya Buxens , Luis Ignacio Mazón ,
Ionan Marigómez, Manu Soto, 2005. 74 :110–125. Aquatic
Toxicology

46. ESTUDIO DE BIOMONITOREO
Joaquin Sorolla y Bastida

47. CICIMAR Oceánides 25(2): 121-134 (2010)Frías-Espericueta, M. et al., (2010)
MÚSCULO: Pb Y CdMÚSCULO: Pb Y Cd

48. Quezada, A.O et al (2006)
Facultad de Medicina Veterinaria,
Universidad de Santa Cruz de la
Sierra-Bolivia.
Espectrofotometría de absorción atómica con
un sistema de horno de grafito.
MÚSCULO: PbMÚSCULO: Pb

49. Especies
Tuna
Jurel
Jurel del mediterráneo
Sardina
Boquerón
Pez escarcha
Merluza
Brotola de roca
Pagel
Gallo (puntos negros en las
aletas dorsal y ventral)
Gallo
Pez rosa
Salmonete de fango
Congrio
Bejel
Raya marrón
Raya estrellada
Raya común
Técnica Utilizada
Espectrofotometría
de absorción
atómica con un
sistema de horno de
grafito.
M.M. Storelli, 2008
Food and Chemical
Toxicology 46 (2008) 2782–
2788
South-Eastern
Mediterranean Italian
coast (Adriatic Sea)

50. Food and Chemical Toxicology 45 (2007) 1968–1974
Roser Martı´-Cid et al., 2007.Espectrometría de masas (ICP-MS)
Barcelona, Tarragona, Lleida, L’Hospitalet de Llobregat, Terrassa y Girona) de
Cataluña.
METALES: Pb, Hg, As, CdMETALES: Pb, Hg, As, Cd

51. BIBLIOGRAFÍA
1. Alvarado, N.E., Buxens, A., Mazón, L.I., Marigoméz, I., Soto. M.2005. Aquatic Toxicology 74: 110-
125.
2. Alvarado, N.E., Quesada, I., Hylland, K., Marigómez, I., Soto, M. 2006. Aquatic Toxicology 77:64–
77.
3. Dang, Z., Lock, R.A.C., Flick, G., Wenderlaar Bonga, S.E. 1999. American Journal Physiology. 277:
R320-R331.
4. Den Besten, P.J., 1998. Marine Environmental Resesarch. 46:253–256.
5. Frías-Espericueta, M. 2010. CICIMAR Oceánides 25(2): 121-134 .
6. Marigomez,I. , Soto, M., Cancio, I., Orbea, A., Garmendia, L., Cajaraville, M.P. 2006. Marine
Pollution Bulletin 53: 287–304.
7. Roser Martı´-Cid. 2007. Food and Chemical Toxicology 45:1968–1974.
8. Storelli, M.M. 2008. Food and Chemical Toxicology 46:2782–2788.
9. Soto, M., Zaldibar, B., Cancio, I., Taylor, M.G., Turner, M., Morgan, A.J., Marigomez, I., 2002.
Histochemical Journal 34:273–280.
10. Soto, M. 2013. Toxicity of metallic pollutants in relation with cellular accumulation and storage
processes. UPV/EHU-PIE. UPV/EHU-PIE

52. Gracias,Gracias,
por su amablepor su amable
atenciónatención